673886040@qq.com
Улучшенная производительность воздушно-цинковой батареи с использованием солнечной энергии
Воздушно-цинковые батареи, которые производят электричество в результате химической реакции между кислородом в атмосфере и цинком, считаются кандидатами следующего поколения для удовлетворения взрывоопасного спроса на электромобили вместо литий-ионных батарей. Теоретически они соответствуют всем требуемым характеристикам для вторичных батарей следующего поколения, таким как; высокая плотность энергии, низкая взрывоопасность, экологичность, не выделяющая загрязняющих веществ, дешевизна материалов (цинк и воздух, которые можно легко получить из природы).
Корейский институт науки и технологий (KIST, президент Сок-Джин Юн) объявил, что его исследовательская группа во главе с доктором Джун Ки Ли (Исследовательский центр накопления энергии) разработала технологию улучшения электрохимических характеристик воздушно-цинковых батарей за счет использования солнечной энергии. энергии, которая становится новой областью исследований и разработок в области вторичных аккумуляторов.
Схематическая подготовка и изображения ПЭМ с распределением элементов в области, отмеченной красным прямоугольником для CZ. Предоставлено: Корейский институт науки и технологий.
В батарее, разработанной исследовательской группой, используется фотоактивный бифункциональный воздушный электрокатализатор с полупроводниковой структурой с чередующимися уровнями энергии, что значительно повышает скорость реакции восстановления кислорода (ORR) и реакции выделения кислорода (OER), которые генерируют электричество.
Фотоактивный бифункциональный катализатор представляет собой соединение, которое ускоряет химические реакции за счет поглощения энергии света и обладает улучшенной светопоглощающей способностью по сравнению с обычными катализаторами цинково-воздушных батарей.
В воздушно-цинковой батарее, в которой в качестве анода и катода батареи используются металл и воздух, необходимо попеременно выполнять OER и ORR для преобразования электрической энергии кислорода в качестве активного материала катода. Следовательно, каталитическая активность токосъемника положительного электрода, изготовленного из углеродного материала, является важным фактором, определяющим плотность энергии и общую эффективность элемента воздушно-цинковых батарей.
Соответственно, исследовательская группа KIST сосредоточилась на p-n-гетеропереходе, основной структурной единице солнечных элементов и полупроводников, в качестве меры по улучшению медленной каталитической активности воздушно-цинковых батарей. Цель состояла в том, чтобы ускорить процесс производства-восстановления кислорода, используя характеристики интерфейса полупроводников, в которых происходит движение электронов. С этой целью был синтезирован катодный материал со структурой запрещенной зоны гетероперехода, с полупроводником n-типа (графитовый нитрид углерода, g-C3N4) и полупроводником р-типа (ZIF-67, легированный медью (цеолитовый имидазолатный каркас-67), КуЗИФ-67).
Долговременный гальваностатический профиль заряда-разряда с увеличенными темными, светлыми и темными областями воздушно-цинковой батареи на основе CZ при плотности тока 2 мА см-2 до 1000 циклов. Светодиодный экран питается от двух последовательно соединенных RZB на базе CZ.
Предоставлено: Корейский институт науки и технологий.
Кроме того, был проведен эксперимент в реальных условиях без освещения с целью подтверждения коммерческого потенциала фотоактивного бифункционального катализатора со структурой p-n-гетероперехода с чередующимися уровнями энергии. Батарея-прототип показала плотность энергии 731,9 мА·ч gZn-1, аналогичную лучшим характеристикам существующей цинково-воздушной батареи. В присутствии солнечного света плотность энергии увеличилась примерно на 7% до 781,7 мА·ч gZn-1, а также отличные показатели циклов (334 часа, 1000 циклов), демонстрирующие лучшие показатели среди известных катализаторов.
Доктор Ли сказал: «Использование солнечной энергии является важной частью не только улучшения электрохимических характеристик вторичных батарей, но и создания устойчивого общества. Мы надеемся, что эта технология станет катализатором, стимулирующим развитие новых конвергентных технологий в физике полупроводников и электрохимии, а также решит трудности металл-воздушных аккумуляторов, которые появляются в качестве альтернативы литий-ионным аккумуляторам».
Ссылка: «Фотоактивный бифункциональный электрокатализатор g-C3N4 / CuZIF-67 со ступенчатым гетеропереходом p-n для перезаряжаемых Zn-воздушных аккумуляторов» Рен Рен, Гичэн Лю, Джи Янг Ким, Рянда Энггар Анугра Арди, Минь Суан Тран, Вучул Янг и Джунг Ки Ли. , 120 января 2022 г., Applied Catalysis B Environmental.
DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121096
KIST был основан в 1966 году как первый финансируемый государством научно-исследовательский институт, который разработал национальную стратегию развития, основанную на науке и технологиях, и распространял различные промышленные технологии для развития основных отраслей промышленности. KIST в настоящее время повышает статус корейской науки и техники благодаря ведущим в мире инновационным исследованиям и разработкам.
Это исследование было поддержано Институциональной программой KIST, программой Brain Pool, финансируемой Министерством науки и ИКТ (министр: Лим, Хесук). Результаты исследования были опубликованы в последнем выпуске международного научного журнала Applied Catalysis B-Environmental (IF: 19,503, топ-0,926% в JCR).
