• 能源部目标:“利用大幅减少或消除对关键材料的依赖并利用回收材料原料的技术,将电动汽车电池组成本降低至每千瓦时 150 美元以下”
单原子催化剂(SAC)吸引了广泛的兴趣,以催化燃料电池和金属 - 空气电池中的氧气还原反应(ORR)。ever,具有高选择性和长期稳定性的SAC的发展是一个巨大的挑战。在这项工作中,碳空位修饰的Fe – N – C SAC(Fe H –N – C)实际上是通过微环境调制设计和合成的,可实现对活性位点的高效利用和电子结构的优化。Fe H –N-C催化剂表现出0.91 V的半波电势(E 1/2),足够的耐用性为100 000电压循环,具有29 mV E 1/2损失。密度功能理论(DFT)的计算证实,金属– N 4个位点周围的空缺可以减少OH*的吸附自由能,并阻碍金属中心的溶解,从而显着增强ORR动力学和稳定性。因此,在可充电锌 - 空气电池(ZABS)中,Fe H –N-C SAC在1200小时内提出了高功率密度和长期稳定性。这项工作不仅将通过金属– N 4个位点的合理调制来开发高度活跃和稳定的SAC,而且还可以深入了解电子结构的优化以增强电催化性能。
氢气也有望在可再生能源的发电,运输,加热和缓冲中发挥更重要的作用[2]。目前,所产生的氢的大多数(95%)是所谓的灰氢。这意味着在生产过程中释放温室气体。绿色氢是通过用可再生能量拆分来产生的[1]。Mueller-Langer等。[5]对氢生产进行了技术经济评估,并得出结论,水电解在近期和中期将起重要作用。这是由于它能够生成高纯氢的能力以及它是一种完善的技术[6]。目前,市场由聚合物电解质膜(PEM)和碱性电解主导。后者是一种强大而验证的技术[7]。碱性电解也不同于其他
主要碱性电池由于其低成本和安全性而被广泛用于便携式电子产品中。这些电池的消耗和处置促使其回收利用了显着的研究。减少碱性电池处置的另一种方法是通过增加其能量密度来延长其寿命。在这项工作中,通过通过多物理学建模确定最佳电极材料的最佳量,可以最大程度地提高AA主要碱电池的能量密度。在comsolMultiphysics®中开发了碱性电池的电化学模型,并用在恒定电阻载荷下获得的排放曲线(即电压与时间)进行了验证。然后对电极厚度进行优化,以最大化电池的能量密度,同时保持其外部尺寸。能量密度相对于电极孔隙率和界面区域的灵敏度。电化学模型能够复制在250 mA恒定电流放电下获得的放电曲线。通过减小锌阳极的厚度,能量密度最大化。但是,这会导致阳极在电流收集器附近溶解,并可能损害电池中的电连续性。增加阳极厚度可防止当前收集器的溶解,但在电池中增加了质量。这项研究的结果可用于开发更长的碱性电池。此外,可以通过考虑热效应或修改以帮助开发可充电碱性电池来改进该模型。
采用弱酸性电解液并采用 Zn 2+ /H + 双离子存储机制的水系锌离子电池在实现可与非水系锂离子电池媲美的高能量密度方面表现出巨大潜力。这项研究表明,水合碱离子调节碱金属插层钒酸盐层状化合物的形成。在各种钒酸盐材料中,锂插层钒酸盐具有最大的层间距和最无序的局部结构,在 0.05 A g -1 的 Zn 2+ /H + 双离子存储下表现出最大的存储容量 308 mAh g -1,并且原位 X 射线衍射和非原位 X 射线全散射和对分布函数分析证明了它具有改善的电荷转移和传输动力学和循环性能。我们的研究为设计用于高容量水系电池的层状钒酸盐材料提供了新的见解。
发现用于光电应用的基于铅的有机无机钙钛矿材料引发了光伏材料研究的革命。尽管它们具有出色的材料,例如强光吸收,长期充电载体寿命与高载流子迁移率结合使用,生产成本较低,长期不稳定以及铅的毒性目前妨碍了他们在工业试验量表中的部署。[1]为了克服这一缺点,已提议将双重钙蛋白酶与一般的For-Mula A 2 1 + M 1 + M'3 + X 6提议为候选材料,可在perovskites的大量扩展研究领域提供无铅替代方案。在钙钛矿目录的该分支中研究的第一批材料之一是CS 2 Agbibr 6,显示了设备[2,3]的高稳定性[2,3]和低有效的载体质量[4],其长载体重组寿命
材料中,CNCs的排列起着至关重要的作用。到目前为止,已证明有几种有效的方法来排列CNCs,例如使用铸造蒸发法[6]、剪切力[7]、磁场[8]和电场。[9]除了上述方法所需的复杂装置或CNC薄膜的固有脆性外,最近出现了一种基于液体行为辅助策略的排列CNCs的新方法。[10]使用动态水凝胶体系来驱动CNCs的排列,其中CNCs的取向由外力产生。当纳米材料在空气干燥后相对位置固定时,就得到了颜色可调的CNC混合薄膜。另一方面,为了克服从天然原料中分离CNCs的问题,例如苛刻的条件或高能耗,[11]我们开发了一种新的可回收、选择性的碱性高碘酸盐氧化方法,从而可以高产率地制备PO-CNCs。 [12] 然而,PO-CNCs 上羧基含量相对较少,削弱了水凝胶前体中 PO-CNCs 的稳定性,并且由于许多其他溶解化合物的存在,可能导致 PO-CNCs 聚集,这也给将 CNCs 均匀嵌入潜在光学器件材料带来了普遍挑战。由于水凝胶中 CNCs 的取向依赖于剪切力,因此要求水凝胶具有较高的拉伸性和足够的韧性。由于缺乏有效的能量耗散机制,传统水凝胶通常机械强度差、拉伸性低。[13] 因此,人们已采用各种策略(包括静电相互作用 [14] 双网络结构 [15] 滑环连接 [16] 和疏水缔合 [17])进行交联和能量耗散,以提高水凝胶的性能。为了简化CNCs与聚合物基质之间的相互作用,避免所得光学材料中过多的变量,一种通过共价键交联的聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶具有高透明度和适用的机械性能等优势,是通过液体行为辅助法对PO-CNCs进行取向的有希望的候选材料。[18]中性水凝胶前体溶液可使PO-CNCs稳定存在。此外,其他光学材料,如金纳米棒(GNR),也可以适应这种水凝胶体系,其中表面等离子体共振(SPR)将诱导可见光区域的光吸收。[19]因此,这种水凝胶
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开发先进的下一代 LA 电解器以克服上述限制的关键研发机会包括:开发新材料、改进组件界面以及设计新型电池和堆栈。需要进行更多基础诊断研究,以将性能与材料和界面特性关联起来并了解降解机制。此类研究将为新型电池和堆栈组件的材料开发工作提供参考。隔膜和催化剂尤其被强调为历史上未得到充分开发的材料,具有巨大的进步机会。材料的表征和测试应在相关操作条件下使用标准化协议进行,包括下一代 LA 系统预期的操作条件(例如间歇操作、
- 调查中的示例案例:阴离子交换膜电解1。基于降解2。确定恒定电压(效率)与恒定电流(生产)操作3。确定最有影响力的参数,并在H2A模型和性能模型4之间建立相互作用。贯穿指定的操作条件范围,以确定最低的H2成本