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    北大最新科研成果將大幅提高鋰空電池性能

    2019-10-10作者:瀏覽次數:300  來源:賢集網

    電池研討又有新停頓。而且榮登Nature,來自北京大學。工學院的郭少軍團隊研發出一類新型電催化劑,與商業化的兩種催化劑相比,相應指標高出78和327倍。

    而且穩定性也相當優良:經過30000次循環后,性能衰減低于30%。

    電催化,是將可再生能量轉化為能源的根底技術。論文中表示,這一停頓可以顯著提升鋅空電池和鋰空電池的性能。

    與如今普遍運用的電池相比,這兩類電池具有更高的能量密度,未來也可以應用到電動汽車之中,關于其性能提升,會有極大協助。

    新型電催化劑,郭少軍團隊研發的新型電池催化劑,名為亞納米厚且高端卷曲的雙金屬鈀鉬納米片資料,在堿性電解質中展示出了更好的氧復原反響(Oxygen reduction reaction,ORR)電催化活性和穩定性,并通過相關試驗儀器檢測

    其直接作用,是提升相關電化學能源轉換/存儲器件的性能。再往上游看,關于進步可再生電能的直接運用也有助益。

    化石能源的日益干涸其對環境氣候形成了很大的負面影響,世界各國關于可再生清潔能源的注重度越來越高。

    固然各種新能源電廠正在鼎力建立,但以風能和太陽能為代表的可再生能源用起來并沒有那么容易。

    一是這些可再生能源自然具有間歇性(氣候影響大)特征,而是常規電網在長途輸電過程中會產生高電能損耗等等,直接限制了可再生電能的運用。

    當然,也不是沒有對應方法。

    一種更有效的方式,就是用基于電化學轉換器件,首先將可再生電能貯存于含能分子的化學鍵中,再將這些含能分子運輸至能源需求點,最后可控地釋放化學能。

    整個過程中,電化學反響“擔任”此類化學能與電能之間的轉換,其反響速率,直接決議了能源轉換的效率以及電化學器件的運轉功率。

    所以,因而控制反響速率的電催化劑至關重要。

    目前,最受關注的能源轉換安裝有兩種:燃料電池和金屬空氣電池。

    但這兩類安裝在轉換的過程中會遭到陰極ORR遲緩的動力學的影響,以及貴金屬催化劑用量也十分高,從而極大限制了這兩類能源技術的實踐運用。

    因而,開發出高性能低本錢的ORR電催化劑關于進步電池性能以及能源轉化效率,都有極大的促進作用。

    怎樣開發?不只要用適宜的資料,也要用對辦法。

    首先選資料。

    鉑族金屬(Platinum group metals, PGMs)納米資料,具備高活性和高穩定性等優勢,是當前最常用的ORR電催化劑。

    其次選辦法。郭少軍團隊在2016年發表于Science上的研討證明,理性控制金屬納米資料的外表應變可顯著進步ORR電催化活性。


    基于前期工作根底,他們研發出了一類新型的亞納米厚且高度卷曲的雙金屬鈀鉬納米片(構造相似于石墨烯),簡稱為“雙金屬烯”:

    △鈀鉬雙金屬烯的構造表征。(a-c)電子顯微鏡圖片;(d, e)原子力顯微鏡圖片及厚度剖析;(f)球差透射電子顯微鏡圖片


    效果最高提升300多倍


    這一催化劑資料的性能,也在論文給出的實驗中得到了證明:


    PdMo雙金屬烯的超薄構造,能顯著進步貴金屬Pd的原子應用率,完成超高的電化學活性面積(138.7 m2/gPd)。


    在0.9 V(參比于可逆氫電極)電位下,其ORR的質量活性高達16.37 A/mgPd,較商業Pt/C和Pd/C催化劑分別高出78和327倍。


    同時展示出優良的穩定性(30000圈循環掃描后,性能性能衰減低于30%)。


    經過密度泛函理論計算研討發現,雙金屬合金效應、幾何卷曲惹起的應變效應以及亞納米尺寸惹起的量子效應,共同調控了外表Pd的電子構造,完成氧分離能的優化及氧復原催化性能的大幅提升)。


    PdMo雙金屬烯同時表現出優于商業氧化銥(IrO2)催化劑的析氧反響(oxygen evolution reaction, OER)活性。


    △鈀鉬雙金屬烯的性能評價及催化機理研討。(a)各催化劑的ORR極化曲線及(b)活性比照圖;(c)雙金屬烯的原子模型;(d)氧分離能與晶格應變的關系;(e)不同資料中Pd元素的d帶中心位置


    在北大工學院對郭少軍的研討成果的引見中,還著重強調了其關于鋅空和鋰空電池的充放電性能的提升。

    這關于氧反響電催化機理研討,以及新型高效燃料電池/金屬空氣電池陰極電催化劑的開發來說,都具有自創意義,也可以為下一代高性能低本錢電催化劑的理性設計提供了全新思緒。

    郭少軍團隊新研討

    這一研討,是北大郭少軍團隊的又一新成果。

    依據論文的署名信息,郭少軍是論文的獨一通訊作者。

    郭少軍2005年畢業于吉林大學化學學院,2005年保送到中國科學院長春應用化學研討所。

    2010年12月獲剖析化學博士學位,之后在美國布朗大學化學系從事博士后研討。

    博士后研討生活完畢后,郭少軍在美國Los Alamos國度實驗室做了兩年研討。

    2015年回國后,進入北京大學,是工學院資料科學與工程系、能源與資源工程系雙聘研討員,博士生導師,也是國度青年千人方案學者。

    主要從事催化、新能源、傳感器和光電資料等范疇的研討。依據北大工學院個人引見頁面,他曾經在Science、Nature等國際著名學術期刊發表學術論文200篇和書章節4部。

    其中,以通訊/第一作者發表影響因子大于10論文53篇、ESI Top 1%高被引論文41篇、ESI Top 0.1%熱點論文7篇和單篇援用超越100次的41篇。

    依據Google Scholar的數據,郭少軍的研討援用曾經超越了3萬次,H因子為94。

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