Lithium-ion batteries (LIBs) have been widely used in modern day technology such as electric cars, laptops, and phones. However, modern LIBs are reaching their theoretical energy density limit, resulting in research diverting attention towards alternate forms of lithium batteries such as lithium-air batteries (LABs). Theoretically utilising oxygen from ambient air as active material for the battery opens a pathway to achieving immensely high specific energies. Although LAB’s have the highest theoretical energy density, there is a significant discrepancy compared to the actual energy density due to factors such as sluggish reaction kinetics, revolving around oxygen redox reactions at the cathode. Recently, bimetallic catalysts have received the spotlight due to their enhanced oxygen reductive reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) properties as well as catalyst stability in comparison to monometallic catalysts. By incorporating a core-shell design of two metals, a synergistic effect of the two metal catalysts can be actualised. Herein we fabricate a freestanding 3D Ru-Ni air cathode by utilizing a versatile technique for 3D porous nanostructure fabrication: Proximity-field nano-Patterning (PnP), in order to fabricate polymeric 3D nanostructures followed by conformal coatings of Ni and Ru decoration via electrodeposition. The fabricated 3D Ni/Ru cathode was used in LAB Swagelok-type cell and exhibited high cell efficiency of ~80% was achieved, with a high discharge capacity of 1.63 mAh cm-2 at a current density of 0.025 mA cm-2. The 3D Ni/Ru also demonstrated superior ORR activity compared to 3D Ni, 3D Ni/Pd, and Ni/Ru foam electrodes.
리튬이온 배터리(LIBs)는 전기 자동차, 노트북 및 휴대폰과 같은 현대 기술에서 널리 사용되어왔습니다. 그러나 현대 LIBs 는 이론적 에너지 밀도 한계에 다다르면서, 연구는 리튬-공기 배터리(LABs)와 같은 대체 리튬 배터리 형태로 주목을 돌리고 있습니다. 대기 중 공기 산소를 활성 물질로 활용하는 이 배터리는 이론적으로 매우 높은 특정 에너지를 달성할
수 있는 경로를 열어줍니다. 비록 LABs 가 이론적으로 가장 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만, 실제 에너지 밀도와 비교했을 때 산소 환원 반응과 관련된 물질의 느린 반응 속도와 같은 요소로 인해 상당한 차이가 있습니다. 최근에는 산소 환원 반응(ORR) 및 산소 발전 반응(OER) 특성뿐만 아니라 촉매 안정성에서 이점을 가진 양금속 촉매가 주목을 받고 있습니다. 두 금속의 코어-쉘 디자인을 통해 두 금속 촉매의 시너지 효과를 실현할 수 있습니다. 본 연구에서는 3D 다공성 나노구조 제작을 위한 다목적 기술인 Proximity-field nano-Patterning (PnP)을 활용하여 폴리머 3D 나노구조를 제작하고, 전극 증착을 통해 Ni 와 Ru 장식을 도입하여 자유로운 3D Ru-Ni 공기-양극재를 제작했습니다. Ru 로 장식된 3D Ni 양극재의 용량 및 순환 성능을 조사하고, 양금속과 단금속 공기-양극재 간의 비교 연구를 통해 3D Ru-Ni 공기-양극재의 향상된 성능을 입증하였습니다
