Three-dimensional (3D) nanostructured materials, which show lots of unique properties compared to bulk materials, have contributed to technological innovation in many spheres such as energy storage system, catalyst, and mechanical applications. Among the nano-fabrication methods, Proximity-field nanoPatterning (PnP) allows the facile fabrication of large-area 3D ordered porous nanostructures with high reproducibility. Herein, 3D ordered porous core-shell nanocomposites composed of Ni current collector covered by Pd catalyst layer to facilitate oxygen-related reactions are fabricated and tested as Li-air battery cathodes. Li-air battery with the synthesized cathode delivers a discharge capacity of 1.63 mAh/cm2 at 0.025 mA/cm2. Also, an energy efficiency of 86.6% and stable cycle performance over 90 cycles at the current density of 0.02 mA/cm2 are shown. The low charge overpotential and high cyclability are attributed to the highly ordered 3D Ni/Pd cathodes with high electrical conductivity and catalytic activity.
벌크 물질에 비해 많은 특이한 성질을 가지는 3차원 나노구조 소재는 에너지 저장 시스템, 촉매, 그리고 기계적 물성 응용과 같은 다양한 분야에서의 기술적 혁신에 기여하였다. 나노구조체 제작 방법들 중에서 근접장 나노패터닝 기술은 비교적 짧은 시간 안에 대면적의 3차원 정렬 다공성 나노구조체 제작을 가능하게 한다. 해당 연구에서는 산소 연관 반응들을 촉진시키기 위해 Pd 촉매 층을 Ni 전류 집전체에 코팅한 3차원 정렬 다공성 코어쉘 나노구조체를 제작하고 리튬-공기 전지의 공기극으로서의 성능을 측정하였다. 제작된 공기극이 적용된 리튬-공기 전지는 0.025 mA/cm2의 전류밀도에서 1.63 mAh/cm2의 방전 용량을 보였다. 또한 0.02 mA/cm2의 전류밀도에서 86.6%의 높은 에너지 효율 및 90 사이클의 안정적인 수명 특성을 나타냈다. 3D Ni/Pd 공기극의 높은 전기 전도도 및 높은 촉매 활성도에 의해 낮은 충전 과전압과 높은 수명 특성을 보였다고 해석된다.
