金屬空氣電池(MAB)具有儲能高、重量輕、價格低廉等優點，被視為重要的電動汽車潛在應用技術。最近，韓國蔚山國家科學技術研究所(UNIST)下屬的研究小組開發了一種新催化劑，可以提高 MAB 電池的性能，比如充放電效率。

MAB是最輕、最緊湊的電池之一，采用由純金屬制成的負極，如鋰、鋅、鎂和鋁，以及空氣正極，通過大氣中的氧氣與金屬發生反應來產生電流。目前，MAB 電池采用鉑等貴金屬作為催化劑，雖然催化效果較好，但是成本太高，使其商業化應用受到阻礙。與此同時，作為替代的鈣鈦礦催化劑，表現出良好的催化性能，但是激活率較低。

由于其高的理論能量密度，MAB被認為是下一代電動汽車的強大候選產品。當前存在的MAB將稀有且昂貴的金屬催化劑用于其空氣電極，例如鉑(Pt)。

這阻礙了其進一步商業化進入市場。作為替代方案，已經提出了表現出優異的催化性能的鈣鈦礦催化劑，但是存在低的活化勢壘。

金教授通過結合兩種催化劑的新型復合催化劑解決了這一問題，每種催化劑在充放電反應中均表現出出色的性能。

在充電中表現良好的金屬催化劑(氧化鈷)沉積在錳基鈣鈦礦催化劑(LSM)頂部的非常薄的層上，后者在放電中表現良好。結果，當沉積過程重復20次時，兩種催化劑的協同作用變得最佳。

“在原子層沉積(ALD)過程的反復沉積和氧化循環中，Mn陽離子從LSM 擴散到Co3O4中，因此，LSM-20-Co催化劑由LSM封裝而成，該LSM被自重構尖晶石中間層(Co3O4 / MnCo32O4 / LSM)。”

研究的第一作者Arim Seong(UNIST能源與化學工程組合MS / Ph.D。)說：“而且這增強了混合催化劑LSM-20-Co的催化活性，從而導致ORR和OER在堿性溶液中具有出色的雙功能電化學性能。”

“據我們所知，這是第一個研究在ALD過程中由原位陽離子擴散引起的自重構中間層的研究，目的是設計一種用于堿性鋅-空氣電池的高效穩定的雙功能催化劑。”研究團隊。

金教授說：“我們的發現為高效電催化劑的自重構中間層提供了合理的設計策略。” “因此，這項工作可以為鈣鈦礦材料金屬氧化物的合理設計策略提供見識。”

Kim 教授將兩種催化劑組合在一起，使其形成新型復合催化劑，解決這一問題。在充放電反應中，每種催化劑都表現出了優異的性能。充電性能良好的金屬催化劑(鈷氧化物)，被沉積在非常薄的錳基鈣鈦礦催化劑(LSM)層體上，而 LSM 的放電性能很好。結果表明，當沉積過程重復20次時，兩種催化劑的協同效應達到最佳。

本項研究首席作者 Arim Seong 表示：" 在原子層沉積(ALD)過程中，經過反復沉積和氧化循環，錳離子從 LSM 擴散到 Co3O4。因此，LSM 和自重建尖晶石夾層(Co3O4/MnCo32O4/LSM)構成 LSM-20- co 催化劑，從而增強 LSM-20-Co 混合催化劑的催化活性，使得 ORR 和 OER 在堿性溶液中的雙功能電化學性能更優越。"

研究小組稱：" 據我們所知，本次研究首次涉及在 ALD 過程中由原位陽離子擴散形成的自重構中間層，為堿性鋅空氣電池設計出高效穩定的雙功能催化劑。"

Kim 教授表示：" 我們的研究成果為高效電催化劑提供了自重構中間層的合理設計策略。因此，此項研究工作可為合理設計鈣鈦礦材料金屬氧化物提供參考。"