오랜 시간 동안, 마일리지는 우리가 불안의 과정을 호출 전기 자동차의 개발을 제한하는 병목이다. 배터리 팩의 용량을 증가 한 손에 주행 거리를 향상하지만, 더 중요한 것은, 현재의 리튬 삼원 물질이 배터리의 특정 에너지를 개선하는 것입니다하기 무게 이온 배터리는 비율이 에너지보다 에너지의 양이 높은 특정 에너지 용량 배터리의 300Wh / kg에 도달 2020 년 출시 할 것으로 예상된다, 기술 진보 등 / kg 역할 일반적으로 200Wh이지만, 여전히 전기 자동차의 미래 발전을 충족시킬 수 없다 수요. 높은 특정 에너지 배터리 전원의 다음 세대의 개발에 선택할 수있는 여러 경로가 하나가 현재 널리, 미국의 배터리 (500) '접수 및 기술 경로를 인식하는 모든 고체 리튬 금속 배터리이며,가 계획은 배터리 팩을 달성하기 위해 이차 리튬 금속 전지 기술의 개발을 통해 500Wh / kg의 목표의 비 에너지를 달성하도록 설계된, 일본의 고체 전해질은 글로벌 기술 리더 전해질 전해액의 황화물 이온 전도성의 개발이다 수에도 위상 다른 라인은 현재 주류 인 Li-air 및 Na-air 배터리와 같은 금속 공기 배터리입니다. 비 에너지에 대한 리튬 이온 전지보다 높은 2000Wh / kg을 초과.
최근 Qichen 왕 센트럴 사우스 대학 공과 대학교 공기극 촉매 Zn- 공기 셀은 그래 핀 산화물을 사용하여 제조 된 바와 같이 N-그라 재료 NDGs 800 도프 결함의 다수 O 증가 GO 2공기극의 촉매 효율은 크게 Zn- 공기 전지, 높은 특정 에너지 872.3Wh / kg의 성능 개선 다음 기억 영역에서 매우 다양한 가능성이있다.
금속 공기 배터리의 가장 중요한 포인트는 공기 전극의 설계입니다. 공기 전극은 촉매 O 2환원 및 산소 발생 반응 : 일반적인 산소 전극은 주로 귀금속 (Pt) 및 희토류 산화물이지만 균형을 맞추기가 어렵습니다. 2이 두 반응의 감소와 산소의 진화. 사람들은 탄소 전극에주의를 기울이기 때문에 탄소 재료의 결함과 다공성 구조가 O 2전극의 환원과 산소 발생은 금속 - 공기 전지 성능을 향상시키는 많은 활성 사이트를 제공합니다. 산화 환원 그라 핀은 매우 좋은 옵션입니다. 산화 환원 그라 핀 그 자체에는 많은 결점이 있습니다. Qichen Wang은 N 도핑을 통해 그래 핀에 더 많은 결함을 도입했으며, 큰 비 표면적 및 그래 핀의 다공성 구조도 나타냈다. 2환원 및 산소 발생은 많은 수의 활성 사이트를 제공하여 Zn- 공기 배터리의 성능을 크게 향상시킵니다.
N-doped graphene을 합성하는 방법은 위의 그림 a에서 볼 수 있습니다. 먼저 특정 수의 g-C가 사용됩니다. 3N4수용액 GO의 그래 핀 옥사이드의 시트에 첨가하고, IH 초음파 처리하고 혼합 용액을 열수 12H 180 ℃, 블랙의 혼합, 겔 형성을 처리 한 후, 동결 건조하여 48을 H 삭제 2O. 튜브로 내의 건조 물질, N 2600-900 ℃의 열처리, 열처리 3h, N 도핑 된 그래 핀 재료 NDGs-x (x는 처리 온도)를 보호합니다.
B에서 위 및 C 열린 기공 구조와 그래 핀의 일반적인 특성, 원 자간 력 현미경 (도 E) 그래 핀의 두께가 3nm 인 것을 나타낸다 데.도 알 수있는 바와 같이, 그것은 약 9 구성, 그래 핀 구조 N이 도핑 탄소 원자의 층, 물질이 매우 큰 비 표면적 (443.2m 2/ g) 미세 기공의 부피비 (3.43cm 3/ g), O 일 수 있습니다. 2환원 및 산소 발생 반응은 많은 수의 활성 사이트를 제공합니다.
XPS 연구함으로써 N 요소는 그래 핀 옥사이드의 세 가지 형태로 주로 보여 주었다 : N 피리딘, 피롤 N, N 흑연 및 피리딘 N + -O-를, d는 800 ℃에서 소성도에서 언급 될 수있다 NDGs- 800 물질의 피리딘 N 함량은 가장 높으며 47.9 %에 이릅니다. 넓은 범위의 결함이있는 경우 피리딘 N과 산화 환원 그래 핀 GO의 함량이 높으면 촉매 O 2환원 및 산소 발생 반응의 효율성.
보다 반응성이 좋은 사이트는 N 도핑 된 그래 핀 NDG가 더 나은 반응성을 얻는 데 도움이됩니다. 아래 그림 a의 선형 전압 스캔을 통해 NDGs-800 물질 (적색 곡선)은 매우 높은 촉매 O 2환원 활성, 초기 반응 전압은 0.95V, 반 파장 전압도 0.85V에 도달하며, 0V에서의 반응 전류 밀도는 5.6mA / cm 2아래 그림 b에서 우리는 0.8V (13.91mA / cm)에서 NDG-800의 응답 전류 밀도 2) Pt / C 복합 촉매의 반응 전류 밀도 (13.32 mA / cm 2)는 NDG-900 (6.03mA / cm)보다 훨씬 높다. 2), NDGs-600 (55.55mA / cm 2) 및 NDS-700 (2.80mA / cm 2) 이것은 NDG-800 물질을 최고의 비금속 반응 촉매로 만듭니다.
NDGs-800은 O 2환원 반응의 활성은 매우 높지만, 우리는 여전히 NDGs-800 촉매 산소 발생 반응의 활성을 조사 할 필요가있다. 아래 그림에서 우리는 NDGs-800 물질이 10mA / cm 2전류 밀도에서 산소 발생 반응의 과전압은 RuO의 과전압보다 낮다. 2/ C 촉매는 375mV로 높기 때문에 NDGs-800 물질의 산소 발생 촉매 효율은 RuO보다 낮다. 2/ C 촉매, 이것은 NDG-800 물질이 후속 연구에서 개선이 필요한 곳입니다.
Qichen Wang은 Zn-air 배터리 (아래 그림 참조)에 NDG-800 소재 조합을 사용했습니다.이 배터리의 개방 회로 전압은 1.45V이고 전력 밀도는 115.2mW / cm입니다. 2, Pt / C 촉매보다 우수함 (1.43V, 110.3mW / cm 2), NDGs-800 물질을 사용하는 Zn 양극의 구체적인 용량은 750.8mAh / g (전류 밀도 10mA / cm 2), 전지의 비 에너지는 872.3Wh / kg에 달했으며 전지는 10mA / cm에서 매우 우수한 사이클 성능을 나타냈다. 2234 사이클 (사이클 당 20 분)의 전류 밀도에서, 셀은 거의 떨어지지 않으며 Pt / C + Ir / C 촉매의 셀보다 훨씬 우수하다.
Qichen Wang이 개발 한 N 도핑 된 그래 펜 재료 인 NGD-800 소재는 산화 그라 핀 (graphene oxide) GO의 많은 결함을 완전히 이용하고 N 도핑을 통해 더 많은 결함을 도입합니다. 2환원 및 산소 발생 반응은 많은 수의 활성 부위를 제공하여 특히 촉매 O에서 촉매 효율을 크게 향상시킨다 2감소가 염려도 편 / C 전극보다 높은 충전 사이클에도 우수한 안정성을 나타내었다 토출 촉매 효율, 넓은 응용 전망을 가지고 있지만, 촉매 활성 NDGs 800 여전히 산소 탈리 반응 RuO 열등 2/ C 촉매의 경우에는 후속 작업이 개선되어야합니다.
