Per molto tempo, il chilometraggio è il collo di bottiglia limitando lo sviluppo dei veicoli elettrici, che noi chiamiamo il corso di ansia. Per migliorare la distanza in miglia da un lato aumentare la capacità della batteria, ma più importante è quello di migliorare l'energia specifica della batteria, il materiale ternario litio corrente la batteria di peso-ione è generalmente 200Wh / ruolo kg l'avanzare della tecnologia, il rapporto si prevede di lanciare nel 2020 la quantità di energia che l'energia raggiunge 300Wh / kg di alta batteria specifica capacità di energia, ma ancora non in grado di soddisfare il futuro sviluppo dei veicoli elettrici richiesta. sullo sviluppo della prossima generazione di elevata potenza specifica della batteria di energia, ci sono diversi percorsi tra cui scegliere, uno è tutto a stato solido batteria al litio metallico, che è ora ampiamente accettato e riconosciuto percorso tecnico, 'la batteria 500 degli Stati Uniti' piano è stato progettato per ottenere energia specifica di obiettivi 500Wh / kg attraverso lo sviluppo della tecnologia delle batterie al litio metallica media per ottenere un pacco batteria, elettrolita solido del Giappone è un leader tecnologico a livello mondiale, lo sviluppo della conducibilità solfuro ionica dell'elettrolita elettrolita liquido e può persino fase L'altra linea è la batteria metallo-aria, come le attuali batterie mainstream Li-air e Na-air. L'energia specifica supera 2000Wh / kg, molto superiore alla batteria agli ioni di litio.
Recentemente, Qichen Wang Central South University, National University of Technology e drogato con un N-grafene materiale NDGs-800 come catalizzatore elettrodo ad aria cella d'aria Zn è stato preparato utilizzando ossido di grafene GO gran numero di difetti aumentato O 2L'efficienza catalitica dell'elettrodo dell'aria, notevolmente migliorato le prestazioni di aria batterie Zn, elevata energia specifica 872.3Wh / kg, ha una molto ampia prospettiva nella successiva zona di stoccaggio.
Il punto più critico per le batterie metallo-aria è il design dell'elettrodo d'aria: l'elettrodo deve avere sia O catalitico 2Reazione e reazione di evoluzione dell'ossigeno Gli elettrodi di ossigeno comuni sono per lo più metalli nobili (Pt) e ossidi di terre rare, ma sono difficili da equilibrare. 2La riduzione e l'evoluzione dell'ossigeno delle due reazioni: le persone prestano attenzione all'elettrodo di carbonio, lo studio dimostra che i difetti e la struttura porosa nel materiale di carbonio possono essere O 2La riduzione e l'evoluzione dell'ossigeno nell'elettrodo forniscono numerosi siti attivi per migliorare le prestazioni della batteria metallo-aria.Il redox graphene è un'opzione molto buona.Il redox grafene stesso ha molti difetti. Qichen Wang ha introdotto più difetti nel grafene attraverso il doping N e anche l'ampia superficie specifica e la struttura porosa del grafene 2La riduzione e l'evoluzione dell'ossigeno forniscono un gran numero di siti attivi, migliorando così in modo significativo le prestazioni delle batterie Zn-air.
Il metodo per sintetizzare il grafene N-drogato è mostrato nella Figura a. In primo luogo, viene utilizzato un certo numero di g-C. 3N4Le compresse sono state aggiunte a una soluzione acquosa di ossido di grafene GO, sonicato per 1 ora, e la soluzione miscelata è stata poi trattata idrotermicamente a 180 ° C per 12 ore per generare un gel misto nero, che è stato poi liofilizzato per 48 ore per rimuovere H 2O. Il materiale essiccato in un forno tubolare, in N 2Sotto la protezione del riscaldamento a 600-900 ° C, trattamento termico 3h, materiale grafene N-drogato NDGs-x (x rappresenta la temperatura di lavorazione).
N-drogato struttura grafene come mostrato sopra, da b, c può essere visto nella figura. Avendo una struttura aperta pori e le caratteristiche tipiche di grafene, un microscopio a forza atomica (figura e) mostra che lo spessore di grafene è 3nm, si compone di circa 9 Strati di atomi di carbonio, mentre il materiale ha una superficie specifica molto ampia (443.2m 2/ g) Rapporto in volume dei micropori (3,43 cm 3/ g), può essere O 2Le reazioni di riduzione e di evoluzione dell'ossigeno forniscono un gran numero di siti attivi.
elemento N da studi XPS hanno dimostrato principalmente in tre forme nell'ossido di grafene sono: piridina N, pirrolo N, N grafite e piridina N + -O-, d può notare dalla figura sinterizzato a 800 ℃ NDGs- piridina N alto materiale contenuto 800, 47,9% N e ossido di piridina tali livelli elevati di ridurre i difetti nel grafene GO diffusa, promuovere significativamente catalitico O 2L'efficienza delle reazioni di riduzione e di evoluzione dell'ossigeno.
I siti più reattivi aiutano gli NDG di grafene N-drogati per ottenere una migliore reattività Dalla scansione lineare di tensione della Figura a sottostante, si può osservare che il materiale NDGs-800 (curva rossa) mostra un catalitico molto elevato O 2Attività di riduzione, la tensione di reazione iniziale è 0,95 V, la tensione di semionda raggiunge anche 0,85 V e la densità di corrente di reazione a 0 V raggiunge 5,6 mA / cm 2Dalla figura b qui sotto possiamo notare la densità di corrente di risposta di NDGs-800 a 0,8 V (13,91 mA / cm 2) Ancora più elevato della densità di corrente di reazione del catalizzatore composito Pt / C (13,32 mA / cm 2) è molto più alto di NDGs-900 (6.03mA / cm 2), NDGs-600 (55,55 mA / cm 2) e NDSs-700 (2,80 mA / cm 2) Questo rende il materiale NDGs-800 il miglior catalizzatore di reazione non metallico.
Sebbene NDGs-800 catalizzi O 2L'attività della reazione di riduzione è molto alta, ma dobbiamo ancora studiare l'attività della reazione di sviluppo dell'ossigeno catalitico NDGs-800. Dalla figura seguente possiamo vedere che il materiale di NDGs-800 è a 10mA / cm 2Alla densità attuale, il superpotenziale della reazione di evoluzione dell'ossigeno è inferiore a quello di RuO. 2Il catalizzatore / C è alto 375 mV, a indicare che l'efficienza catalitica dell'evoluzione dell'ossigeno dei materiali NDG-800 è inferiore a quella di RuO. 2/ Catalizzatore C, questo è dove il materiale NDGs-800 ha bisogno di miglioramenti negli studi successivi.
Qichen Wang ha utilizzato una combinazione di materiale NDGs-800 per una batteria Zn-air (la struttura è mostrata nella figura seguente) La batteria ha una tensione a circuito aperto di 1,45 V e una densità di potenza di 115,2 mW / cm. 2, migliore del catalizzatore Pt / C (1,43 V, 110,3 mW / cm 2), La capacità specifica dell'anodo Zn utilizzando materiale NDGs-800 raggiunge 750.8 mAh / g (densità di corrente 10 mA / cm 2), L'energia specifica della batteria ha raggiunto 872,3 Wh / kg. La batteria ha anche mostrato prestazioni del ciclo molto eccellenti a 10 mA / cm. 2A una densità di corrente di 234 cicli (20 minuti per ciclo), la cella non ha quasi nessuna caduta, che è molto meglio di quella di un catalizzatore Pt / C + Ir / C.
Il materiale NGDs-800 del materiale grafene N-drogato sviluppato da Qichen Wang fa pieno uso di un gran numero di difetti nell'ossido di grafene GO e introduce più difetti attraverso il doping N. 2riduzione catalitica e reazione di sviluppo di ossigeno fornisce un gran numero di siti attivi, l'efficienza catalitica viene notevolmente migliorata, soprattutto nel O catalitico 2Riduzione è interessato, efficienza catalitica anche superiori a Pt elettrodo / C, e carica e scarica ciclo anche mostrato una eccellente stabilità, hanno ampie prospettive di applicazione, ma catalitici attività NDGs-800 è ancora inferiore a reazione di sviluppo di ossigeno RuO 2/ Catalizzatore C, questo è dove il follow-up ha bisogno di miglioramento.
