MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W4285497301 · doi:10.1149/ma2022-013457mtgabs

Atomic Layer Deposition of Highly Stable Manganese-Iron Oxide Bifunctional Catalysts for Zinc-Air Batteries

2022· article· en· W4285497301 sur OpenAlexaff
Matthew Labbe, Ken Cadien, Douglas G. Ivey

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced battery technologies research
Établissements canadiensUniversity of Alberta
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésBattery (electricity)BifunctionalEnergy storageCatalysisMaterials scienceAtomic layer depositionBifunctional catalystGrid energy storageZincNanotechnologyChemical engineeringChemistryLayer (electronics)MetallurgyEngineeringOrganic chemistryPower (physics)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Incorporating intermittent renewable energy sources into the power grid will require large amounts of grid-scale energy storage. Electrochemical batteries are a versatile and scalable energy storage option and, hence, Li-ion batteries have been widely adopted to store excess wind and solar energy [1]. Li-ion batteries, however, have a relatively low energy density and serious safety concerns. An alternative electrochemical battery option lies with zinc-air batteries. This technology uses lower cost materials and is overall much safer. Furthermore, zinc-air batteries have a much larger theoretical energy density than Li-ion batteries [2]. The major impediment to wide-scale adoption of zinc-air batteries is the low energy efficiency because of the poor reaction kinetics at the air electrode. Both the charge and discharge reactions at the air electrode are sluggish and require the use of catalysts to obtain practicable performance. However, many catalysts active towards the charge reaction are not active towards the discharge reaction, and vice versa. The development of a catalyst active towards both the charge and discharge reactions, known as a bifunctional catalyst, is therefore a high priority [3]. Furthermore, catalysts employed in zinc-air batteries often show instability, with performance degradation evident after a few cycles. Ultimately, a highly stable bifunctional zinc-air battery catalyst is of the utmost importance. The aim of this work is to develop highly stable bifunctional catalysts for zinc-air batteries using atomic layer deposition (ALD). With ALD, extremely conformal catalyst coatings can be deposited directly on the air electrode of a zinc-air battery. The self-limiting surface reactions of ALD ensure that electrode porosity is maintained while maximizing the total coating surface area [4]. Since ALD operates in the gas phase, catalytic coatings can be deposited deep within the pores of the air electrode. This will help maintain the three-phase boundary necessary for the discharge reaction and ultimately improve the stability of a zinc-air battery [5]. To create a bifunctional catalyst, two ALD processes, one for manganese oxide and another for iron oxide, is combined into one ALD supercycle, depositing a mixed manganese-iron oxide. Since manganese oxide is a well-established discharge catalyst [6], and iron oxide demonstrates activity towards the charge reaction [7], this mixed manganese-iron oxide exhibits bifunctional activity in a zinc-air battery. An optimized supercycle process will be discussed and full-cell battery test results showcased. Specifically, the bifunctional efficiency of a zinc-air battery can be improved by more than 10% by using the mixed manganese-iron oxide catalyst. In addition, the high stability of the manganese-iron oxide catalyst is demonstrated, where bifunctional efficiency can be maintained at over 95% of the initial value over 200 cycles. Materials characterization of the mixed manganese-iron oxide, deposited through ALD, is also included. [1] L. Trahey, F. R. Brushett, N. P. Balsara, G. Ceder, L. Cheng, Y. M. Chiang, N. T. Hahn, B. J. Ingram, S. D. Minteer, J. S. Moore, K. T. Mueller, L. F. Nazar, K. A. Persson, D. J. Siegel, K. Xu, K. R. Zavadil, V. Srinivasan, and G. W. Crabtree, “Energy Storage Emerging: A Perspective from the Joint Center for Energy Storage Research,” Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. , vol. 117, no. 23, pp. 12550–12557, 2020. [2] J. Fu, R. Liang, G. Liu, A. Yu, Z. Bai, L. Yang, and Z. Chen, “Recent Progress in Electrically Rechargeable Zinc – Air Batteries,” Adv. Mater. , vol. 31, no. 31, p. 1805230, 2019. [3] E. Davari and D. G. Ivey, “Bifunctional electrocatalysts for Zn – air batteries,” Sustain. Energy Fuels , vol. 2, no. 1, pp. 39–67, 2018. [4] C. Detavernier, J. Dendooven, S. Pulinthanathu Sree, K. F. Ludwig, and J. A. Martens, “Tailoring nanoporous materials by atomic layer deposition,” Chem. Soc. Rev. , vol. 40, no. 11, pp. 5242–5253, 2011. [5] M. P. Clark, M. Xiong, K. Cadien, and D. G. Ivey, “High Performance Oxygen Reduction/Evolution Electrodes for Zinc − Air Batteries Prepared by Atomic Layer Deposition of MnOx,” ACS Appl. Energy Mater. , vol. 3, no. 1, pp. 603–313, 2020. [6] M. P. Clark, T. Muneshwar, M. Xiong, K. Cadien, and D. G. Ivey, “Saturation Behavior of Atomic Layer Deposition MnOx from Bis(Ethylcyclopentadienyl) Manganese and Water: Saturation Effect on Coverage of Porous Oxygen Reduction Electrodes for Metal-Air Batteries,” ACS Appl. Nano Mater. , vol. 2, no. 1, pp. 267–277, 2019. [7] M. Labbe, M. P. Clark, Z. Abedi, A. He, K. Cadien, and D. G. Ivey, “Atomic layer deposition of iron oxide on a porous carbon substrate via ethylferrocene and an oxygen plasma,” Surf. Coatings Technol. , vol. 421, p. 127390, 2021.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,446
Score d'incertitude au seuil0,770

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,244
Écart entre enseignants0,228 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueECS Meeting AbstractsMême sujetAdvanced battery technologies researchTravaux en français237 207