본 기술은 역오팔 배열을 기본 골격으로 마크로동공과 메조동공을 동시에 지닌 3차원 계층적 다공성 탄소-도핑 금속 산화물 나노구조체입니다. 이 구조체는 배터리의 산소 발생 반응(OER)과 산소 환원 반응(ORR)을 모두 촉진하는 이관능성 촉매로 작동합니다.
기존 탄소 기반 전극 촉매는 산소 발생 반응의 과전압이 높아 금속-공기 배터리의 사이클 수명과 효율이 떨어졌습니다. 금속 산화물 나노입자 촉매는 입자끼리 뭉쳐 충분한 표면적과 공극을 만들지 못했고, 이 때문에 배터리 용량을 늘리는 데 한계가 있었습니다.
본 기술은 금속 산화물 전구체, 플루로닉 P123·F127 같은 블록공중합체, 폴리스티렌 템플레이트 비드를 담은 용액을 기재에 코팅해 자기조립시킨 뒤 450~1000℃에서 한 번 소결합니다. 이 과정에서 비드가 빠지며 마크로동공이 생기고, 전구체는 산화물로 바뀌며, 블록공중합체는 탄화되어 탄소 도판트와 메조동공을 동시에 만듭니다. 리튬-공기·아연-공기·알루미늄-공기 배터리 공기극, 가시광 응답 광촉매, 수전해 산소 발생 전극에 적용될 수 있어 단일 소결 공정으로 반응 사이트와 산소·전해질 확산 경로를 함께 확보해 6,000 mAh/g 이상의 높은 비용량을 구현할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 플라즈모닉 결합효과 극대화 발현 하이브리드 나노구조체 도출에 의한 광전환 효율 향상 연구 지원을 통해 개발되었습니다.
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