攻克锌空气电池商业化难题
联合培养专业结出累累硕果

锌空气电池的关键——催化剂开发

今年8月，韩国某小区地下停车场发生电动汽车火灾事故，再次引起人们对锂电池火灾危险性的关注。目前最常用的电动汽车就是锂离子电池，使用易燃液体电解质，所以最大的课题就是要解决安全问题。因此，采用非易燃性固体电解质的全固态电池或下一代二次电池成为一种替代方案，相关研究进行得如火如荼。其中，锌空气电池通过空气中的氧气（O₂）和锌（Zn）电化学反应来发电，是一种备受关注的锂离子电池替代品。

“与目前广泛使用的锂离子电池相比，锌空气电池的理论能量密度大约高出3倍，使用水系电解质，火灾危险性低，而且制造过程中的碳排放较少，还有绿色环保的优点。”

以上说明来自最近开发出锌空气电池专用耐用空气电极催化剂材料的李昌浩（音）研究员。不过，要想提高二次电池的充放电效率，需要使用白金（Pt）和铱氧化物（IrO₂）等价值不菲的贵金属催化剂，而且耐久性低，这些是商业化的主要拦路虎。因此，李昌浩研究员以开发便宜耐久的催化剂材料为目标，开展了这项研究。最终利用静电纺丝（Electrospining）技术在纳米纤维形态的多组分复合氧化物载体上以离子形式掺杂微量白金和钴（Co）催化剂成分，并通过控制金属离子选择性暴露在表面的出溶（ex-solution）现象，成功开发出耐用合金纳米粒子催化剂。

“我们在模拟的基础上弄清楚了出溶现象机制和催化剂活性反应部位。将其用于锌空气电池的时候，我们发现充放电效率高于现有的贵金属催化剂，使用寿命也延长了3倍以上。我认为这项研究富有意义，因为我们发现了一种新材料，可以攻克锌空气电池先决课题，也就是催化剂昂贵且寿命短的问题，由此为提前实现商业化奠定了基础。”

这项研究成果不仅对新一代二次电池有重要意义，也可以用于需要便宜耐用催化剂的燃料电池、水电解等各种能源材料领域，预计未来将具有巨大的社会实用性。该成果备受认可，已刊登于环境和能源领域顶级国际学术期刊《应用催化B：环境与能源（AppliedCatalysis B: Environment and Energy）》的7月刊在线版。

ERICA与KITECH的理想合作结晶

该研究还有另一层特别的意义。汉阳大学（HYU）自2021年起与位于ERICA校园里的韩国生产技术研究院（KITECH）携手合作，联合运营“HYU-KITECH联合培养专业（以下简称联合培养专业）”研究生课程。该项研究正是在联合培养专业中取得的成果。李昌浩研究员曾是李善英教授的本科研究学生，本科毕业后在李善英教授的推荐下攻读了联合培养专业。李昌浩研究员对能源领域感兴趣，而尹奇路博士则在韩国生产技术研究院研究二次电池和燃料电池材料，于是李善英教授推荐他进入联合培养专业并接受尹博士的指导。

“这项研究可以说是始于李善英教授和尹奇路博士研究领域的相互结合。本科研究学生时期，我曾经参与李善英教授研究室利用静电纺丝合成各种氧化物纳米纤维的研究。在这些经验的基础上，我进入共建学科之后就开始着手研究尹奇路博士的研究领域，也就是开发下一代电池关键的催化剂材料。”

该研究成果是ERICA与韩国生产技术研究院之间完美联合研究的结晶，可以说是一个充分发挥联合培养专业预期协同效应的案例。学生进入联合培养专业之后，除了上课时间，其余时间都会在韩国生产技术研究院的实验室开展研究。同时，也会和其他研究生一样，每周接受一次导师的指导。所以相当于联合培养专业的研究生有两位导师。李善英教授列举了联合培养专业的优势，即李昌浩研究员通过联合指导弥补不足并取得了优异的成果。

“不仅可以运用研究所的设备和基础设施，还可以参与到普通研究生难以接触到的研究所以实用化为核心的研发项目。在开展研究的过程中，我们比较容易偏向于学术性观点，但这些经验可以拓展个人视野，培养解决问题的能力。此外，研究所的学习经历和实际研究经验将对未来就业和职业发展大有帮助。”

期待通过联合研究持续创造成果

尹奇路博士也提到联合培养专业的优势，也就是可以在ERICA用上研究所没有的材质分析和评估基础设施。此外，他还补充了人员交流方面的优点。

“最近，研究所在研究人员供需上遇到了困难。通过运营联合培养专业营，为和优秀人才、优秀教授们一起研究营造了环境。而且，在开展联合研究的过程中，学校和研究所之间的距离较远，往往需要耗费大量的时间和精力，而ERICA和研究所紧挨着，还可以缩短出行时间。我希望今后还能有更多机会和汉阳大学的教授们合作。”

首先，我们计划联合开展相关的后续研究。因为依托该研究确认的多组分系统内出溶现象控制技术，以及发现了通过多种成分组合找到高效催化剂组合的无限可能性。不过，高温热处理过程中需要消耗大量时间和工艺成本，该课题尚有待解决。李善英教授预计，如果用实验室当前具备的闪速烧结（Flash lightsintering）技术替代这种热处理工艺，就有可能显著缩短材料合成时间。

“目前，通过和尹奇路博士研究团队的先导研究，我们已经确认仅通过光烧结处理也能获得类似的出溶现象。我们将在此基础上尝试筛选各种催化剂材料组合，掌握更容易制作出最佳性能材料的技术。”

基于此前积累的信任与合作，期待今后联合研究能创造出更大的协同效应。

通过运营联合培养专业，为和优秀人才、优秀教授们一起研究营造了环境。