لفترة طويلة، عدد الكيلومترات هو عنق الزجاجة التي تقيد تطوير السيارات الكهربائية، والتي نسميها مسار القلق. لتحسين الأميال من ناحية زيادة قدرة البطارية، ولكن الأهم من ذلك هو تحسين الطاقة المحددة للبطارية، والمواد ثلاثية الليثيوم الحالي بطارية الوزن أيون عموما 200Wh / كغم من دور فمع تقدم التكنولوجيا، ومن المتوقع إطلاقها في عام 2020 كمية الطاقة من الطاقة يصل 300Wh / كغ من بطارية ذات قدرة الطاقة محددة النسبة، لكنها لا تزال غير قادرة على تلبية التنمية المستقبلية للسيارات الكهربائية الطلب. على تطوير الجيل المقبل من الطاقة العالية محددة طاقة البطارية، وهناك عدة طرق للاختيار من بينها، واحد هو كل الحالة الصلبة بطارية ليثيوم المعدنية، التي أصبحت مقبولة على نطاق واسع ومعترف بها مسار التقنية، "بطارية 500 'الولايات المتحدة تم تصميم خطة لتحقيق طاقة محددة الأهداف 500Wh / كغ من خلال تطوير الثانوية تكنولوجيا البطاريات الليثيوم معدن لتحقيق حزمة بطارية، بالكهرباء اليابان الصلبة هي شركة رائدة التكنولوجيا العالمية، وتطوير الموصلية كبريتيد أيون المنحل بالكهرباء بالكهرباء السائل ويمكن حتى المرحلة الخط الآخر هو بطارية الهواء المعياري ، مثل البطاريات السائدة حاليًا مثل Li-air و Na-air. على الطاقة محددة يتجاوز 2000Wh / كغ، وهي نسبة أعلى بكثير من بطارية ليثيوم أيون.
في الآونة الأخيرة، تشى تشن وانغ جامعة جنوب الوسطى، الجامعة الوطنية للتكنولوجيا ومخدر مع N-الجرافين مادة NDGs-800 كما تم إعداد الخلية الهواء Zn- القطب الهواء حافزا باستخدام أكسيد الجرافين GO عدد كبير من العيوب زاد O 2تعمل الكفاءة التحفيزية للقطب الكهربائي على تحسين أداء بطارية Zn-air بشكل كبير ، كما أن الطاقة المحددة تصل إلى 872.3 وات / كجم ، ولديها إمكانية تطبيق واسعة جدًا في مجال تخزين الطاقة في المستقبل.
إن النقطة الأكثر أهمية لبطاريات الهواء المعدني هي تصميم القطب الكهربائي ، ويجب أن يكون قطب الهواء يحتوي على كل من المحفز O 2تفاعل الأكسجين وتطور الأكسجين: الأقطاب الأكسجين المشتركة هي في الغالب المعادن النبيلة (Pt) وأكاسيد الأرض النادرة ، ولكن من الصعب موازنتها. 2الحد من وتطور الأوكسجين من ردود الفعل 2. لذلك الناس الانتباه إلى القطب الكربون ، وتبين الدراسة أن العيوب والبنية التي يسهل اختراقها في مادة الكربون يمكن أن يكون O 2يوفر التقلص وتطور الأكسجين في القطب العديد من المواقع النشطة لتعزيز أداء بطارية الهواء المعدني ، ويعتبر الجرافين الأكسدة خيارًا جيدًا جدًا ، كما أن لجرعات الأكسجين نفسها الكثير من العيوب. قدم Qichen وانغ المزيد من العيوب في الجرافين من خلال N منشطات ، وكانت مساحة سطح محددة كبيرة وهيكل مسامي من الجرافين أيضا 2يوفر التقلص وتطور الأكسجين عددًا كبيرًا من المواقع النشطة ، مما يحسن بشكل كبير من أداء بطاريات Zn-air.
تظهر طريقة تجميع الجرافين N-doped في الشكل أعلاه ، أولاً ، يتم استخدام عدد معين من g-Cs. 3N4تمت إضافة الأقراص إلى محلول مائي من أكسيد الجرافين GO ، sonicated لمدة ساعة واحدة ، وتم بعد ذلك معالجة المحلول المختلط بالماء عند 180 درجة مئوية لمدة 12 ساعة لتوليد جيل أسود مختلط ، والذي تم تجميده بعد ذلك لمدة 48 ساعة لإزالة H 2O. المواد المجففة في فرن أنبوب ، في N. 2تحت حماية التدفئة إلى 600-900 درجة مئوية ، المعالجة الحرارية 3H ، مادة الجرافين N- Doped NDGs-x (x يمثل درجة حرارة المعالجة).
يظهر شكل الجرافين N-doped في الشكل أعلاه ، من الشكل b و c ، يمكن أن نرى أنه يحتوي على بنية خلية مفتوحة وخصائص الجرافين النموذجية ، ويظهر مجهر القوة الذرية (فوق الشكل e) أن سمك الجرافين يبلغ 3 nm ، حوالي 9 طبقات من ذرات الكربون ، بينما تحتوي المادة على مساحة سطح كبيرة جدًا (443.2 م) 2/ ز) نسبة الحجم من المسام الصغيرة (3.43 سم) 3/ ز) ، يمكن أن يكون O 2توفر تفاعلات الاختزال وتطور الأكسجين عددًا كبيرًا من المواقع النشطة.
وقد أظهرت دراسات XPS أن العناصر N توجد بشكل أساسي في أكسيد الجرافين في ثلاثة أشكال: البيريدين N ، البيرول N ، الجرافيت N ، و Pyridine N + -O- يمكن ملاحظة NDGs الملبدة عند 800 درجة مئوية من الشكل التالي d. محتوى البيريدين N من المادة 800 هو الأعلى ، حيث وصل إلى 47.9 ٪ .المحتوى العالي من البيريدين N و الأكسجين الجرافين GO في وجود مجموعة واسعة من العيوب ، روجت بشكل كبير O الحفاز 2كفاءة التخفيض وتفاعلات تطور الأكسجين.
تساعد المواقع الأكثر تفاعلية N-doped graene NDGs في الحصول على تفاعل أفضل من مسح الجهد الخطي للشكل أدناه ، يمكن ملاحظة أن المواد NDGs-800 (منحنى أحمر) تظهر حافزًا عاليًا جدًا O 2النشاط التجميعي ، جهد التفاعل الأولي هو 0.95 فولت ، الجهد نصف الموجي يصل أيضاً إلى 0.85 فولت ، وكثافة تيار التفاعل عند 0V تصل إلى 5.6mA / سم 2من الشكل b أدناه يمكننا ملاحظة الكثافة الحالية للاستجابة لـ NDG-800 عند 0.8V (13.91mA / سم 2) أعلى من كثافة تيار التفاعل للحفز المركب Pt / C (13.32 مللي أمبير / سم 2) أعلى بكثير من NDGs-900 (6.03mA / سم 2) ، NDGs-600 (55.55 مللي أمبير / سم 2) و NDSs-700 (2.80mA / سم 2) هذا يجعل مادة NDGs-800 أفضل محفز تفاعل غير معدني.
على الرغم من أن NDGs-800 يحفز O 2إن نشاط تفاعل التخفيض مرتفع للغاية ، لكننا ما زلنا بحاجة إلى التحقيق في نشاط تفاعل الأكسجين التحفيزي NDGs-800 ، ومن الشكل أدناه يمكننا أن نرى أن المادة NDG-800 تكون عند 10mA / سم 2في الكثافة الحالية ، يكون المبالغة في رد فعل تفاعل الأكسجين أقل من روو. 2/ C محفز مرتفع 375mV ، مشيرا إلى أن الكفاءة التحفيزية للأكسجين من المواد NDGs-800 هو أقل شأنا من ذلك من رو. 2/ C محفز ، وهذا هو المكان NDGs-800 المواد تحتاج إلى تحسين في الدراسات اللاحقة.
استخدم Qichen Wang مجموعة من المواد NDGs-800 لبطارية Zn-air (كما هو مبين في الشكل أدناه) .البطارية لديها جهد الدائرة المفتوحة 1.45V وكثافة طاقة 115.2mW / cm. 2أفضل من محفز Pt / C (1.43 فولت ، 110.3mW / سم 2) ، قدرة محددة من الأنود Zn باستخدام المواد NDGs-800 تصل إلى 750.8mAh / غ (كثافة التيار 10mA / سم 2) ، بلغت الطاقة المحددة للبطارية 872.3Wh / kg ، كما أظهرت البطارية أداءً ممتازًا للغاية في دورة 10mA / cm. 2عند وجود كثافة تيار تبلغ 234 دورة (20 دقيقة لكل دورة) ، فإن الخلية لا تسقط تقريبًا ، وهي أفضل بكثير من محفز Pt / C + Ir / C.
إن مادة الغرافين N-Doped NGDs-800 التي طورها Qichen Wang تستفيد بشكل كامل من عدد كبير من العيوب في أكسيد الجرافين GO و تقدم المزيد من العيوب عبر N doping. 2انخفاض الحافز ورد فعل تطور الأكسجين يوفر عدد كبير من المواقع النشطة، وتحسين كفاءة الحفاز إلى حد كبير، وخاصة في O الحفاز 2تشعر بالقلق تخفيض والكفاءة الحفازة أعلى حتى من حزب العمال / C القطب، والشحن والتفريغ وأظهر دورة أيضا الاستقرار ممتازة، لها آفاق تطبيق واسع، ولكن النشاط NDGs-800 الحفازة لا يزال أدنى من تطور الأكسجين رد فعل RuO 2/ C محفز ، وهذا هو المكان الذي يحتاج إلى تحسين المتابعة.
