Für eine lange Zeit ist, Kilometerstand die Engpass Entwicklung von Elektrofahrzeugen zu beschränken, die wir den Verlauf der Angst nennen. Um die Laufleistung auf der einen Seite erhöht die Kapazität des Batteriepacks zu verbessern, aber noch wichtiger ist die spezifische Energie der Batterie zu verbessern, wird das aktuelle Lithium ternäre Material Batteriegewicht-Ionen ist in der Regel 200Wh / kg Rolle als technologische Fortschritte, wird das Verhältnis im Jahr 2020 zu starten, erwartet die Menge an Energie als die Energie erreicht 300Wh / kg hoher spezifischer Energiekapazität Batterie, aber es kann immer noch nicht die zukünftige Entwicklung von Elektrofahrzeugen erfüllen Nachfrage. auf der Entwicklung der nächsten Generation von hohen spezifischer Energie Batterieleistung gibt es mehr Routen zur Auswahl, ein all Lithium-Metall-Batterie Festkörper- ist, die heute weithin akzeptiert und technische Strecke erkannt, die ‚Batterie 500‘ Vereinigten Staaten Plan konzipiert spezifische Energie von 500Wh / kg Zielen durch die Entwicklung von sekundärer Lithium-Metall-Batterie-Technologie erzielen einen Akku zu erreichen, Japans Festelektrolyt ist ein globaler Technologieführer, die Entwicklung der Sulfidionenleitfähigkeit der Elektrolyt flüssigen Elektrolyten und kann sogar Phase Die andere Linie ist die Metall-Luft-Batterie, wie die aktuellen Mainstream-Li-Luft- und Na-Luft-Batterien. Auf der spezifische Energie übersteigt 2000Wh / kg, viel höher als der Lithium-Ionen-Akku.
Vor kurzem Qichen Wang Central South University, National University of Technology und dotiert mit einem N-Graphenmaterial NDGs-800 als die Luftelektroden-Katalysator Zn- Luftzelle hergestellt wurde Graphenoxids mit GO große Anzahl von Defekten O erhöht 2Die katalytische Effizienz der Luftelektrode verbessert die Leistung der Zn-Luft-Batterie erheblich, und die spezifische Energie beträgt 872,3 Wh / kg.Es hat eine sehr breite Anwendungsmöglichkeit im Bereich der Energiespeicherung in der Zukunft.
Der kritischste Punkt für Metall-Luft-Batterien ist das Design der Luftelektrode, die Luftelektrode muss sowohl katalytischen O 2Reduktions- und Sauerstoffentwicklungsreaktion Übliche Sauerstoffelektroden sind hauptsächlich Edelmetalle (Pt) und Seltenerdoxide, aber sie sind schwer auszugleichen. 2Die Reduktion und Sauerstoffentwicklung der beiden Reaktionen Da die Menschen auf die Kohlenstoffelektrode achten, zeigt die Studie, dass die Defekte und die poröse Struktur im Kohlenstoffmaterial O sein können 2Vorausgesetzt, in der Elektrode und die Verringerung der vielen Punkte, die die aktiven Sauerstoffentwicklung, um das Metall zu verbessern - Luftzellenleistung und die Verringerung der Graphenoxids, geschieht dies eine sehr gute Option sein, selbst die Graphenoxids reduziert viele Mängel hat, Qichen Wang und ein mittels der Einführung von Defekten in der Graphen-N-dotiert ist, und Graphen große Oberfläche und poröse Struktur ist auch O 2Reduktion und Sauerstoffentwicklung bieten einen großen aktiven Punkt und somit erheblich die Leistung der Zn- Luft-Batterie zu erhöhen.
N-dotierte Graphen Fig als Synthese-Verfahren wird zunächst eine Menge an G-C 3N4Wässrige Lösung in das Blatt Graphenoxids von GO wurde hinzugefügt, beschallte IH, und dann die Mischlösung wurde hydrothermal bei 180 ℃ 12h, schwarz gemischter Gelbildung behandelt und anschließend 48 h gefriergetrocknet, entfernen H 2O. Das getrocknete Material in einem Röhrenofen, in N 2Unter Schutz wird auf 600-900 ℃, Wärme 3 H, N-dotierte erhaltene Graphenmaterial NDGs-x (x steht für die Verarbeitungstemperatur).
N-dotierte Struktur Graphen wie oben gezeigt, von b und c in Fig. Eine offene Porenstruktur und die typischen Eigenschaften von Graphen ist, ein Atomkraftmikroskop (Bild e) zeigt, dass die Dicke von Graphen ist 3 nm, und besteht aus etwa 9 Schichten von Kohlenstoffatomen, während das Material eine sehr große spezifische Oberfläche (443,2 m 2/ g) Volumenverhältnis der Mikroporen (3,43 cm 3/ g), kann O sein 2Die Reduktions- und Sauerstoffentwicklungsreaktionen stellen eine große Anzahl aktiver Stellen bereit.
N Element durch XPS-Studien haben sich hauptsächlich in drei Formen im Graphenoxids zeigen: Pyridin-N, Pyrrol N, N Graphit und Pyridin-N + -O-, d aus Figur bei 800 ℃ gesintert festgestellt werden kann, NDGs- Pyridin-N höchsten Gehalt Material 800, 47,9% N und Pyridin Oxid, ein hohes Maß an Defekten im Graphen GO weit verbreitet, erheblich fördern die katalytische O reduziert 2Die Effizienz der Reduktions- und Sauerstoffentwicklungsreaktionen.
Mehr reaktive Zentren helfen N-dotierten Graphen-NDGs, um eine bessere Reaktivität zu erhalten.Aus dem linearen Spannungsscan von Abbildung a unten ist ersichtlich, dass das NDGs-800-Material (rote Kurve) einen sehr hohen katalytischen O zeigt 2Reduktive Aktivität, die Anfangsreaktionsspannung beträgt 0,95 V, die Halbwellenspannung erreicht ebenfalls 0,85 V und die Reaktionsstromdichte bei 0 V erreicht 5,6 mA / cm 2Aus der nachstehenden Figur b können wir die Ansprechstromdichte von NDGs-800 bei 0,8 V (13,91 mA / cm²) ablesen 2) Noch höher als die Reaktionsstromdichte des Pt / C - Verbundkatalysators (13,32 mA / cm 2) ist viel höher als NDGs-900 (6,03 mA / cm 2), NDGs-600 (55,55 mA / cm 2) und NDSs-700 (2,80 mA / cm 2) Dies macht das NDGs-800-Material zum besten nichtmetallischen Reaktionskatalysator.
Obwohl NDGs-800 O katalysiert 2Die Aktivität der Reduktionsreaktion ist sehr hoch, aber wir müssen noch die Aktivität der katalytischen Sauerstoffentwicklungsreaktion NDGs-800 untersuchen.aus der folgenden Abbildung können wir sehen, dass das NDGs-800-Material bei 10 mA / cm liegt 2Bei der Stromdichte ist das Überpotential der Sauerstoffentwicklungsreaktion geringer als das von RuO. 2/ C-Katalysator ist 375 mV hoch, was anzeigt, dass die katalytische Effizienz der Sauerstoffentwicklung von NDGs-800-Materialien geringer ist als die von RuO. 2Dies ist der Punkt, an dem NDGs-800-Material in nachfolgenden Studien verbessert werden muss.
Qichen Wang verwendete eine Kombination aus NDGs-800-Material für eine Zn-Luft-Batterie (Aufbau ist in der folgenden Abbildung dargestellt) Die Batterie hat eine Leerlaufspannung von 1,45 V und eine Leistungsdichte von 115,2 mW / cm. 2, besser als Pt / C-Katalysator (1,43 V, 110,3 mW / cm 2), Die spezifische Kapazität der Zn-Anode durch Verwendung von NDGs-800-Material erreicht 750,8 mAh / g (Stromdichte 10 mA / cm 2), Die spezifische Energie der Batterie erreichte 872,3 Wh / kg.Die Batterie zeigte auch eine sehr exzellente Zyklusleistung bei 10 mA / cm. 2Bei einer Stromdichte von 234 Zyklen (20 min pro Zyklus) fällt die Zelle fast nicht ab, was viel besser ist als die eines Pt / C + Ir / C-Katalysators.
Das von Qichen Wang entwickelte n-dotierte Graphenmaterial NGDs-800 nutzt eine große Anzahl von Defekten in GO-Graphenoxid und führt durch die N-Dotierung zu weiteren Defekten. 2Die Reduktions- und Sauerstoffentwicklungsreaktionen stellen eine große Anzahl aktiver Zentren bereit, was die katalytische Effizienz, insbesondere im katalytischen O, stark verbessert 2Im Hinblick auf die Reduktion ist die katalytische Effizienz sogar höher als die der Pt / C-Elektrode, und sie zeigt auch ausgezeichnete Stabilität in Lade-Entlade-Zyklen und hat breite Anwendungsmöglichkeiten.Jedoch ist die Aktivität der katalytischen Sauerstoffentwicklungsreaktion von NDGs-800 noch nicht so gut wie die von RuO. 2/ C-Katalysator, das ist, wo das Follow-up verbessert werden muss.
