Forschung und Anwendung von Seltenerdmaterialien in Batterien
Batterien haben Vorteile wie eine hohe Umwandlungseffizienz und niedrige Kohlenstoffemissionen, was sie zu einer idealen grünen Energiequelle macht. Derzeit umfassen die Forschung und Anwendung von katalytischen Materialien in Seltenen erd in Batterien hauptsächlich: Lithium-Ionen-Batterien, feste Oxid-Brennstoffzellen, Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen, Metall-Luft-Batterien und Solarzellen.
Lithium-Ionen-Batterien haben die Vorteile einer hohen Energiedichte, einer großen Leistungsdichte, einer langen Lebensdauer und ohne Verschmutzung. Bei Anodenmaterialien ist die Entwicklung von Kathodenmaterialien, die dahinter zurückbleiben, der Schlüsselfaktor, der die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien feststellt. Basierend auf den Eigenschaften von Seltenerdelementen wie hoher Ladung und starken Polarisationsfähigkeit, die Elemente von Seltenen erd in Lithium-Ionen-Batterien einbeziehen, wird eine wichtige Forschungsrichtung für die Modifizierung von Lithium-Ionen-Batterien. Lee et al. Dotierte LIMN2O4 mit Seltenerdelementen und stellte fest, dass das Dotieren von Elementen wie Y, ND, GD und CE die Gitterkonstante von LIMN2O4 erhöhte und die Stabilität des LIMN2O4 -Gerüsts verbesserte, wodurch die Migrationsrate von Lithiumionen förderte. Liu et al. fanden heraus, dass LA und Al-Doped LICOO2 eine sehr hohe Kapazität und Stabilität zeigten, was die Ratenleistung des Materials erheblich verbesserte.
Feste Oxid -Brennstoffzellen (SOFCs) sind Geräte, die chemische Energie durch Redoxreaktionen unter Verwendung von Sauerstoff oder anderen Oxidationsmitteln in elektrische Energie umwandeln. Im Vergleich zu anderen Arten von Brennstoffzellen weisen SOFCs eine hohe Stromerzeugungseffizienz, eine große Energiedichte, eine hohe Modularität sowie flexible Design und Installation auf. SOFCs enthalten Komponenten wie Elektrolyte, Kathoden, Anoden und bipolare Platten (Verbindungsmaterialien). Die einzigartigen physikochemischen Eigenschaften von Seltenerdelementen sorgen für ihre bedeutende Rolle in verschiedenen Komponenten von Brennstoffzellen. Seltenerd -Verbundoxide haben eine reichhaltige ionische und elektronische Leitfähigkeit und werden häufig als Katalysatoren in festen Oxid -Brennstoffzellen verwendet. Da GD, SM und CE ähnliche ionische Radien aufweisen, führt die Doping von GD oder SM in CEO2 zu Materialien mit hoher Leitfähigkeit und erhöhter Anodenlochkonzentration, was ihre Schwefeltoleranz an der Anode signifikant verbessert.
Protonenaustauschmembranbrennstoffzellen (PEMFCs) verwenden Wasserstoff oder Reformatgas als Brennstoff und Sauerstoff oder Luft als Oxidationsmittel, wobei das Reaktionsprodukt Wasser ist. Um die elektrochemische Reaktionsrate zu verbessern, muss eine bestimmte Menge Katalysator auf die Gasdiffusionselektrode mit PT geladen werden, die eine hohe katalytische Aktivität aufweist, die typischerweise als Elektrokatalysator ausgewählt wird. Der teure Preis für PT und seine Anfälligkeit für Vergiftungen beschränken jedoch seine groß angelegte Anwendung. Derzeit legt zunehmende Untersuchungen nahe, dass die Einführung kostengünstiger Seltenerdelemente als sekundäre oder tertiäre Dotierstoffe in Katalysatoren nicht nur die Produktionskosten reduziert, sondern auch die Aktivität und die Anti-Verzugsleistung des Katalysators erheblich verbessert.
Metall-Luft-Batterien haben die Vorteile einer hohen Energiedichte und einer hohen Energieumwandlungseffizienz, aber die Reaktion der Sauerstoffreduktion erfordert immer noch katalytische Unterstützung zur Verbesserung der Energieumwandlungseffizienz. Auf diesem Gebiet haben Seltenerdmaterialien wie Ceriumdioxid (CEO2) aufgrund ihrer hervorragenden Sauerstoffspeicherung und Freisetzungsfähigkeiten aufmerksam gemacht und die Regulation des Sauerstoffgehalts in der Reaktionsumgebung ermöglicht. Chinesische Forscher haben darüber umfangreiche Studien durchgeführt. Perovskitoxide (ABO3) sind derzeit ein heißes Thema für Elektrodenmaterialien. Obwohl ihre Leitfähigkeit schlecht ist und ihre Oberfläche begrenzt ist, haben ihre hervorragende bifunktionelle katalytische Leistung und eine abstimmbare elementare Zusammensetzung ein erhebliches Forschungsinteresse auf sich gezogen. Die Forschungsgruppe von Yans Forschungsgruppe erstellte Laco 0. 75FE 0. 25o3, das eine ausgezeichnete bifunktionelle katalytische Aktivität sowohl für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) als auch für die Reaktionsreaktion (ORR) (ORR) aufwies. Sie stellten ferner eine flexible Zn-Air-Batterie mit Festkörper-Zustand zusammen, die eine hervorragende Ladefähigkeit, Radsportstabilität und herausragende Haltbarkeit aufwies und ein großes Potenzial für praktische Anwendungen darstellte (Abbildung 1).
Abbildung 1 Erforschung der Leistung von Seltenerd Perovskitoxiden in Zink-Luft-Batterien
Seltene Erdenlumineszenzmaterialien umfassen Aufbau- und Down-Conversion-Lumineszenzmaterialien, wobei Emissionsspektren hauptsächlich im Bereich von 400–700 nm, ein Wellenlängenbereich, der durch Sonnenenergie effizient genutzt werden kann. Durch die Entwicklung von Lumineszenzmaterialien auf seltener erdbasiertem Material mit UP-/Down-Conversion-Funktionen kann die Photovoltaikum-Umwandlungseffizienz von Solarzellen signifikant verbessern. Viele Forscher haben hervorragende Beiträge zur Verbesserung der Lichtabsorption und zur Photostreuung in farbstoffsensibilisierten Solarzellen geleistet. Um die Lichteinfassung zu verbessern, haben Hafez et al. Synthesized TiO2: EU 3+/TiO2 Nanopartikel-Doppelschichtelektroden für farbstoffsensibilisierte Solarzellen. Er et al. Verwendete Up-Conversion-Lumineszenzmaterialien, um die Effizienz organischer Halogenid-Perovskit-Solarzellen zum ersten Mal zu verbessern. Ramasamy et al. Incorporated -nagdf4: YB3er3Fe Up-Conversion-Nanopartikel mit Ag-Nanopartikeln, um einen Reflexionsmechanismus für farbstoffsensibilisierte Solarzellen zu bilden, was ihre Effizienz erheblich verbessert.
Die von HNRE produzierten HNRE-Metalle wie Scandium, Yttrium, Samarium, Samarium und Europium können in der Forschung und Produktion von Batteriematerialien weit verbreitet sein. Wir liefern auch andere Formen von Seltenerdmaterialien, wie 6N reine Seltenerdoxide, Chloride und seltene Erden, die Ziele und Verdunstungsmaterialien für PVD -Prozesse sputtern.