Долгое время круизный ряд - это узкое место, которое ограничивает развитие электромобилей. Мы называем это процессом тревоги. Улучшение крейсерского диапазона, с одной стороны, должно увеличить емкость аккумуляторной батареи, но более важно увеличить удельную энергию батареи. В настоящее время троичный материал лития Отношение массы к энергии ионно-активной батареи обычно составляет 200 Вт / кг. При непрерывном продвижении технологии ожидается, что к 2020 году начнется массовый высокопроизводительный аккумулятор с удельной энергией 300 Втч / кг, но это все еще не может удовлетворить будущую разработку электромобилей. Требование. Что касается разработки следующего поколения высокоспециализированных аккумуляторных батарей, в настоящее время существует несколько способов выбора: один из них - это твердотельный аккумулятор из литиевого металла, который в настоящее время широко признан и признан технологическим путем для батареи США 500. План состоит в том, чтобы достичь цели достижения удельной энергии 500 Вт / кг за счет разработки технологии вторичных батарей с литиевым металлом. Технология твердого электролита в Японии находится на ведущем уровне в мире, и ее развитую ионную проводимость сульфидного электролита можно даже сравнить с технологией жидкого электролита. Другая линия - это металл-воздушная батарея, такая как текущие основные литий-воздушные и натриевые батареи. На удельной энергии превышает 2000Wh / кг, значительно выше, чем литий-ионной батареей.
Недавно Цичен Ван из Центрального Южного Университета и Национального Университета Оборонительной Технологии подготовил Zn-воздушную батарею, используя N-D-легированный материал NDGs-800 в качестве катализатора на воздушном электроде. Использование большого количества дефектов GO-графенового оксида увеличило 2Каталитическая эффективность воздушного электрода значительно улучшает производительность батареи Zn-air, а удельная энергия достигает 872,3 Втч / кг. В будущем она будет иметь очень широкую перспективу в области хранения энергии.
Наиболее важной точкой для металлических воздушных батарей является конструкция воздушного электрода. Воздушный электрод должен иметь как каталитический O 2Реакции восстановления и реакции выделения кислорода. Общими кислородными электродами являются преимущественно благородные металлы (Pt) и оксиды редкоземельных элементов, но их сложно сбалансировать. 2Сокращение и развитие кислорода двух реакций. Поэтому люди обращают внимание на углеродный электрод, исследование показывает, что дефекты и пористая структура в углеродном материале могут быть O 2Сокращение и выделение кислорода в электроде обеспечивают многочисленные активные участки, чтобы повысить производительность батареи металл-воздух. Редокс-графен - это очень хороший вариант. Редокс-графен имеет множество дефектов. Qichen Wang ввел больше дефектов в графен через N легирование, а большая удельная площадь поверхности и пористая структура графена были также 2Снижение и выделение кислорода обеспечивают большое количество активных участков, что значительно улучшает работу батареек Zn-air.
Метод синтеза N-легированного графена показан на рисунке а выше. Сначала используется определенное количество g-Cs. 3N4Таблетки добавляли к водному раствору графенового оксида GO, обрабатывали ультразвуком в течение 1 часа, и затем смешанный раствор гидротермически обрабатывали при 180 o C в течение 12 часов для получения черного смешанного геля, который затем лиофилизировали в течение 48 часов для удаления H 2O. Высушенный материал в трубчатой печи, N 2При защите от нагревания до 600-900 ° C термическая обработка 3 ч, N-легированный графеновый материал NDGs-x (x представляет собой температуру обработки).
На диаграмме b и c показана структура графена с N-легированием. Из рисунка b и c видно, что он имеет структуру с открытыми ячейками и типичные характеристики графена. Атомно-силовой микроскоп (выше рисунка e) показывает, что толщина графена составляет 3 нм, около 9 Слои атомов углерода, в то время как материал имеет очень большую удельную площадь поверхности (443,2 м 2/ г) Объемное отношение микропор (3,43 см) 3/ g), может быть O 2Реакции восстановления и реакции выделения кислорода обеспечивают большое количество активных сайтов.
Исследования XPS показали, что N элементов в основном присутствуют в оксиде графена в трех формах: пиридин N, пиррол N, графит N и пиридин N + -O-. NDG, спеченные при 800 ° C, можно заметить со следующего рисунка d. Содержание пиридина N в материале 800 является самым высоким, достигая 47,9%. Высокое содержание пиридина N и окислительно-восстановительного графена GO в присутствии широкого спектра дефектов значительно способствовало каталитическому O 2Эффективность реакции восстановления и реакции выделения кислорода.
Более реакционноспособные сайты помогают NDG графена с N-образным легированием, чтобы получить лучшую реакционную способность. Из линейного сканирования напряжения на фигуре a ниже видно, что материал NDGs-800 (красная кривая) показывает очень высокий каталитический O 2Восстановительная активность, начальное напряжение реакции составляет 0,95 В, полуволновое напряжение также достигает 0,85 В, а плотность тока реакции при 0 В достигает 5,6 мА / см 2Из рисунка b ниже мы можем заметить плотность тока отклика NDGs-800 при 0,8 В (13,91 мА / см 2) Даже выше, чем плотность реакционного тока композитного катализатора Pt / C (13,32 мА / см 2) намного выше, чем NDGs-900 (6,03 мА / см 2), NDGs-600 (55,55 мА / см 2) и NDS-700 (2,80 мА / см 2) Это делает материал NDGs-800 лучшим неметаллическим катализатором реакции.
Хотя NDGs-800 катализирует O 2Активность реакции восстановления очень велика, но нам все же необходимо исследовать активность реакции выделения каталитического кислорода NDGs-800. Из рисунка ниже видно, что материал NDGs-800 составляет 10 мА / см 2При плотности тока перенапряженность реакции выделения кислорода ниже, чем у RuO. 2/ C составляет 375 мВ, что указывает на то, что каталитическая эффективность кислородной эволюции материалов NDGs-800 ниже, чем у RuO. 2/ C, в этом случае материал NDGs-800 нуждается в улучшении в последующих исследованиях.
Qichen Wang использовал комбинацию материала NDGs-800 для аккумулятора Zn-air (структура показана на рисунке ниже). Аккумулятор имеет напряжение разомкнутой цепи 1,45 В и плотность мощности 115,2 мВт / см. 2, лучше, чем катализатор Pt / C (1,43 В, 110,3 мВт / см 2). Удельная емкость анода Zn с использованием материала NDGs-800 достигает 750,8 мАч / г (плотность тока 10 мА / см 2), Удельная энергия батареи достигла 872,3 Вт / кг. Батарея также показала отличную производительность при скорости 10 мА / см. 2При плотности тока 234 цикла (20 мин за цикл) ячейка почти не падает, что намного лучше, чем у катализатора Pt / C + Ir / C.
Материал N-легированного материала графена NGDs-800, разработанный Qichen Wang, в полной мере использует большое количество дефектов в оксиде графена GO и вводит больше дефектов при легировании N. 2Реакции восстановления и реакции выделения кислорода обеспечивают большое количество активных центров, что значительно улучшает каталитическую эффективность, особенно в каталитическом O 2Что касается снижения, то каталитический КПД даже выше, чем у электрода Pt / C, а также демонстрирует отличную стабильность циклов зарядки-разрядки и имеет широкие перспективы применения. Однако активность реакции каталитического выделения кислорода NDGs-800 по-прежнему не так хороша, как у RuO. 2/ C, в этом случае последующее улучшение нуждается в улучшении.
