전 온도 적응형 유연한 초장수명 고체 상태 Zn−공기 배터리를 위한 단일 원자 촉매의 이중 위치 조정 공학

초록 고성능 재충전 가능한 Zn-공기 배터리는 전기차의 전력 응용을 위해 긴 수명 안정성이 요구됩니다. Zn-공기 배터리의 핵심 구성 요소는 이중 기능 산소 전기 촉매인 반면, 높은 고유 가역성과 내구성을 갖춘 이중 기능 산소 전기 촉매를 설계하는 것은 도전 과제입니다. 밀도 범함수 이론 계산을 통해 금속-N4 조정 환경을 가진 Fe와 Co 이중 위치의 전자적 및 기하학적 조정 구조의 상승 작용에서 촉매 활성의 기원이 발견되었습니다. 이는 Co (dxz, dz2)와 OO* (px, pz) 간 전자 오르비탈의 강한 하이브리드화를 지원하여 Co 활성 사이트의 O2 활성 능력을 더욱 강화합니다. 이러한 발견은 N-도핑된 탄소 매트릭스에서 인접한 FeN4 및 CoN4 사이트로 구성된 우수한 이중 단일 원자 촉매의 개발을 가능하게 합니다 (FeCo-NC). FeCo-NC는 산소 환원 및 발생 반응(ORR/OER)에 대해 뛰어난 이중 기능 성능을 가지며, ORR에 대해 높은 반파 전위(0.893 V)와 OER에서 10 mA cm−2에서 낮은 과전위(343 mV)를 나타냅니다. 조립된 FeCo-NC 공기 전극은 높은 비특수 용량(747.0 mAh g−1)과 30°C에서 400시간 이상의 긴 안정성을 가지며, 극한 온도(−30 °C–60 °C)에서도 우수한 성능을 발휘합니다.