Forskning og anvendelse af sjældne jordmaterialer i batterier
Batterier har fordele såsom høj konverteringseffektivitet og lavkulstofemissioner, hvilket gør dem til en ideel grøn energikilde. I øjeblikket inkluderer forskning og anvendelse af sjældne jordkatalytiske materialer i batterier hovedsageligt: lithium-ion-batterier, faste oxidbrændselsceller, protonudvekslingsmembranbrændselsceller, metal-luftbatterier og solceller.
Lithium-ion-batterier har fordelene ved høj energitæthed, stor effekttæthed, lang levetid og ingen forurening. For anodematerialer er udviklingen af katodematerialer, der hænger bagud, den nøglefaktor, der bestemmer ydelsen af lithium-ion-batterier. Baseret på egenskaberne ved sjældne jordelementer, såsom høj opladning og stærk polarisationsevne, vil det at inkorporere sjældne jordelementer i lithium-ion-batterier blive en vigtig forskningsretning til ændring af lithium-ion-batterier. Lee et al. Dopet limn2O4 med sjældne jordelementer og fandt, at doping med elementer som Y, ND, GD og CE øgede gitterkonstanten for LIMN2O4 og forbedrede stabiliteten af LIMN2O4 -rammen og fremmede derved migrationshastigheden for lithioner. Liu et al. fandt, at LA og al-dopet licoo2 udviste meget høj kapacitet og stabilitet med betydelig forbedring af materialets hastighedsydelse.
Faste oxidbrændselsceller (SOFC'er) er enheder, der omdanner kemisk energi til elektrisk energi gennem redoxreaktioner ved hjælp af ilt eller andre oxidanter. Sammenlignet med andre typer brændselsceller har SOFC'er høje kraftproduktionseffektivitet, stor energitæthed, høj modularitet og fleksibel design og installation. SOFC'er indeholder komponenter såsom elektrolytter, katoder, anoder og bipolære plader (forbindelsesmaterialer). De unikke fysisk -kemiske egenskaber ved sjældne jordelementer sikrer deres betydelige rolle i forskellige komponenter i brændselsceller. Sjældne jordkompositoxider har rige ioniske og elektroniske ledningsevne, og baseret på dette bruges de ofte som katalysatorer i faste oxidbrændselsceller. Da GD, SM og CE har lignende ioniske radier, resulterer doping af GD eller SM til CEO2 i materialer med høj ledningsevne og øget anodhulskoncentration, hvilket forbedrer deres svovltolerance markant ved anoden.
Protonudvekslingsmembranbrændselsceller (PEMFC'er) bruger brint eller reformatgas som brændstof og ilt eller luft som oxidant, hvor reaktionsproduktet er vand. For at forbedre den elektrokemiske reaktionshastighed skal en vis mængde katalysator indlæses på gasdiffusionselektroden med PT, der har høj katalytisk aktivitet, typisk vælges som elektrokatalysator. Imidlertid begrænser den dyre pris på PT og dens modtagelighed for forgiftning dens store anvendelse. I øjeblikket antyder forøgelse af forskning, at indførelse af lave omkostninger sjældne jordelementer som sekundære eller tertiære dopingmidler i katalysatorer ikke kun reducerer produktionsomkostningerne, men også forbedrer katalysatorens aktivitet og antiforgiftning af katalysatoren markant.
Metal-luftbatterier har fordelene ved høj energitæthed og højenergikonverteringseffektivitet, men iltreduktionsreaktionen kræver stadig katalytisk hjælp for at forbedre energikonverteringseffektiviteten. På dette område har sjældne jordmaterialer som ceriumdioxid (CEO2) fået opmærksomhed på grund af deres fremragende iltopbevarings- og frigørelsesevner, hvilket tillader regulering af iltindhold i reaktionsmiljøet. Kinesiske forskere har gennemført omfattende undersøgelser af dette. Perovskitoxider (ABO3) er i øjeblikket et varmt emne for elektrodematerialer. Selvom deres ledningsevne er dårlig, og deres overfladeareal er begrænset, har deres fremragende bifunktionelle katalytiske ydelse og indstillelige elementære sammensætning tiltrukket en betydelig forskningsinteresse. Yans forskningsgruppe forberedte laco 0. 75Fe 0. 25O3, som udviste fremragende bifunktionel katalytisk aktivitet for både iltudviklingsreaktionen (OER) og iltreduktionsreaktion (ORR). De samlede yderligere en fast tilstand fleksibelt Zn-Air-batteri, der viste fremragende opladning, cykelstabilitet og enestående holdbarhed, hvilket gav et stort potentiale for praktiske anvendelser (figur 1).
Figur 1 Forskning om ydeevne af sjældne jordperovskitoxider i zink-luftbatterier
Sjældne jordlysende materialer inkluderer op-konvertering og ned-konvertering-selvluminescerende materialer med emissionsspektre primært i området 400–700 nm, et bølgelængdeområde, der kan bruges effektivt af solenergi. Udvikling af sjældne jordbaserede selvlysende materialer med op/ned-konverteringsfunktioner kan forbedre den fotovoltaiske konverteringseffektivitet af solceller. Mange forskere har ydet fremragende bidrag til forbedring af lysabsorption og fotostrøm i farvestof-sensibiliserede solceller. For at forbedre lysfangst, Hafez et al. Syntetiseret TiO2: EU 3+/TiO2-nanopartikel-dobbeltlagselektroder til farvestof-sensibiliserede solceller. Han et al. Brugte op-konvertering-selvlysende materialer til forbedring af effektiviteten af organisk halogenid perovskit-solceller for første gang. Ramasamy et al. Inkorporeret -NAGDF4: YB3ER3FE-konvertering nanopartikler med Ag-nanopartikler for at danne en reflektionsmekanisme til farvestof-sensibiliserede solceller, hvilket forbedrer deres effektivitet.
Rare jordmetaller med høj renhed som Scandium, Yttrium, Samarium, Europium produceret af HNRE kan anvendes bredt i forskning og produktion af batterimaterialer. Vi leverer også andre former for sjældne jordmaterialer, såsom 6N rene sjældne jordoxider, chlorider og sjældne jordsputterende mål og fordampningsmaterialer til PVD -processer.