Durante mucho tiempo, el kilometraje es el cuello de botella restringir el desarrollo de vehículos eléctricos, lo que llamamos el curso de la ansiedad. Para mejorar el kilometraje en un lado aumentar la capacidad de la batería, pero lo más importante es mejorar la energía específica de la batería, el material ternario de litio actual peso de la batería de iones de litio es generalmente 200Wh / kg papel como avanza la tecnología, se espera que la proporción de lanzar en 2020 la cantidad de energía que la energía alcanza 300Wh / kg de la batería de alta capacidad específica de energía, pero todavía no puede cumplir con el desarrollo futuro de los vehículos eléctricos la demanda. en el desarrollo de la próxima generación de alta potencia específica de la batería de energía, hay varias rutas para elegir, uno es todo metal de la batería de litio de estado sólido, que ahora es ampliamente aceptado y reconocido ruta técnica, 'la batería 500 de Estados Unidos plan está diseñado para lograr energía específica de los objetivos 500Wh / kg a través del desarrollo de la tecnología de baterías de metal litio secundario para lograr un paquete de baterías, de electrolito sólido de Japón es un líder en tecnología global, el desarrollo de la conductividad de iones sulfuro del electrolito líquido electrolito y puede incluso fase La otra línea es la batería de metal y aire, como las actuales baterías principales de Li-air y Na-air. En la energía específica excede 2000Wh / kg, mucho más alta que la batería de iones de litio.
Recientemente, Qichen Wang Universidad South Central, Universidad Nacional de Tecnología y dopado con un N-grafeno materiales NDGs-800 como la cámara de aire Zn catalizador electrodo de aire se preparó usando óxido de grafeno GO gran número de defectos aumentó O 2La eficacia catalítica del electrodo de aire, mejoró significativamente el rendimiento de las baterías de aire Zn, de alta energía específica 872.3Wh / kg, tiene una muy amplia perspectiva en la siguiente área de almacenamiento.
El punto más crítico para las baterías de metal-aire es el diseño del electrodo de aire. El electrodo de aire debe tener ambos O catalíticos. 2Reducción y reacción de evolución de oxígeno Los electrodos de oxígeno comunes son en su mayoría metales nobles (Pt) y óxidos de tierras raras, pero son difíciles de equilibrar. 2La reducción y la evolución del oxígeno de las dos reacciones. Para que la gente preste atención al electrodo de carbono, el estudio muestra que los defectos y la estructura porosa en el material de carbono pueden ser O 2Previsto en el electrodo y la reducción de la evolución de oxígeno muchos puntos activos, a fin de mejorar el metal - rendimiento de la célula de aire y reducir el óxido de grafeno, este pasa a ser una muy buena opción, lo que reduce el óxido de grafeno en sí tiene un montón de defectos, Qichen Wang y un N-dopado por medio de la introducción de más defectos en el grafeno, y grafeno enorme área de superficie y la estructura porosa también son O 2La reducción y la evolución del oxígeno proporcionan una gran cantidad de sitios activos, lo que mejora significativamente el rendimiento de las baterías de Zn-air.
dopado con N figura grafeno como un método de síntesis, primero una cantidad de g-C 3N4La solución acuosa se añadió a la hoja de óxido de grafeno de GO, IH sometió a ultrasonidos, y después la solución mixta se trató hidrotérmicamente a 12h 180 ℃, la formación de gel mixta negro, y luego se liofiliza 48h, retire H 2O. El material seco en un horno tubular, en N 2Bajo la protección se calientan a 600-900 ℃, 3H calor, obtenidos de material grafeno dopadas-N NDGs-x (x representa la temperatura de procesamiento).
estructura de grafeno N-dopado como se muestra arriba, a partir de b y c se puede ver en la Fig. Tener una estructura abierta de los poros y las características típicas de grafeno, un atómica microscopio de fuerza (figura e) muestra que el espesor de grafeno es 3 nm, se compone de aproximadamente 9 Capas de átomos de carbono, mientras que el material tiene una superficie específica muy grande (443.2m 2/ g) Relación de volumen de microporos (3.43cm 3/ g), puede ser O 2Las reacciones de reducción y evolución del oxígeno proporcionan una gran cantidad de sitios activos.
N elemento por estudios XPS han mostrado principalmente en tres formas en el óxido de grafeno son: piridina N, pirrol N, N grafito y piridina N + -O-, d puede observarse a partir de la figura sinterizado a 800 ℃ NDGs- piridina N más alta de material de contenido 800, 47,9% de N y de óxido de piridina tales altos niveles de reducción de los defectos en el grafeno GO generalizada, promover significativamente la O catalítica 2La eficacia de las reacciones de reducción y evolución del oxígeno.
Los sitios más reactivos ayudan a los NDG con grafeno N-dopado a obtener una mejor reactividad. A partir del escaneo de voltaje lineal de la Figura a a continuación, se puede ver que el material NDGs-800 (curva roja) muestra una O catalítica muy alta. 2Actividad de reducción, el voltaje de reacción inicial es 0.95V, el voltaje de media onda también alcanza 0.85V, y la densidad de corriente de reacción a 0V alcanza 5.6mA / cm 2De la figura b a continuación, podemos observar la densidad de corriente de respuesta de NDGs-800 a 0.8V (13.91mA / cm 2) Incluso más alta que la densidad de corriente de reacción del catalizador compuesto Pt / C (13.32 mA / cm 2) es mucho más alto que NDGs-900 (6.03mA / cm 2), NDGs-600 (55.55mA / cm 2) y NDSs-700 (2.80mA / cm 2) Esto hace que el material NDGs-800 sea el mejor catalizador de reacción no metálico.
Aunque NDGs-800 cataliza O 2La actividad de la reacción de reducción es muy alta, pero aún necesitamos investigar la actividad de la reacción de evolución de oxígeno catalítico NDGs-800. De la figura a continuación podemos ver que el material NDGs-800 está a 10mA / cm 2A la densidad de corriente, el exceso de potencial de la reacción de evolución de oxígeno es menor que el de RuO. 2/ El catalizador C es de 375 mV de altura, lo que indica que la eficiencia catalítica de la evolución de oxígeno de los materiales NDGs-800 es inferior a la de RuO. 2/ C catalizador, aquí es donde el material NDGs-800 necesita mejorar en estudios posteriores.
Qichen Wang utilizó una combinación de material NDGs-800 para una batería de Zn-air (la estructura se muestra en la figura a continuación). La batería tiene un voltaje de circuito abierto de 1.45V y una densidad de potencia de 115.2mW / cm. 2, mejor que el catalizador Pt / C (1.43V, 110.3mW / cm 2), La capacidad específica del ánodo de Zn mediante el uso de material NDGs-800 alcanza 750.8mAh / g (densidad de corriente 10mA / cm 2), La energía específica de la batería alcanzó 872.3Wh / kg. La batería también mostró un excelente rendimiento de ciclo a 10mA / cm. 2A una densidad de corriente de 234 ciclos (20 min por ciclo), la celda casi no tiene caída, que es mucho mejor que la de un catalizador Pt / C + Ir / C.
El material NGDs-800 de material de grafeno dopado con N desarrollado por Qichen Wang aprovecha al máximo un gran número de defectos en el óxido de grafeno GO e introduce más defectos a través del dopaje N. 2Las reacciones de reducción y evolución del oxígeno proporcionan una gran cantidad de sitios activos, mejorando en gran medida la eficiencia catalítica, especialmente en la O catalítica. 2La reducción se refiere, eficiencia catalítica incluso más alto que el electrodo de Pt / C, y carga y descarga de ciclo también mostró una excelente estabilidad, tiene amplias perspectivas de aplicación, pero la actividad NDGs-800 catalíticos es todavía inferior a la reacción de desprendimiento de oxígeno RuO 2/ C catalizador, aquí es donde el seguimiento necesita mejoras.
