Haruldaste muldmetallide uurimine ja rakendamine akudes
Akudel on eelised nagu kõrge muundamise efektiivsus ja vähese süsiniku süsinikuheite heitkogused, mis muudavad need ideaalseks rohelise energiaallikaks. Praegu on haruldaste muldmetallide katalüütiliste materjalide uurimine ja rakendamine akude puhul peamiselt: liitium-ioonakud, tahke oksiidi kütuseelemendid, prootonivahetusmembraani kütuseelemendid, metall-õhupatareisid ja päikeseelemendid.
Liitium-ioonakudel on eelised suure energiatiheduse, suure võimsustiheduse, pika eluea ja reostuseta. Anoodimaterjalide puhul on liitium-ioonakude jõudluse määrav võtmetegur katoodmaterjalide väljatöötamine. Haruldaste muldmetallide elementide omaduste, näiteks kõrge laengu ja tugeva polarisatsiooni võime põhjal saab haruldaste muldmetallide elementide lisamine liitium-ioonpatareidesse oluliseks uurimistööks liitium-ioonakude muutmiseks. Lee jt. leotatud limn2o4 haruldaste muldmetallidega elementidega ja leidis, et doping selliste elementidega nagu Y, ND, GD ja CE suurendas LIMN2O4 võrekonstanti ja suurendas LIMN2O4 raamistiku stabiilsust, soodustades sellega liitiumioonide migratsiooni kiirust. Liu jt. leidis, et LA ja Al-legeeritud LICOO2-l olid väga suure mahutavuse ja stabiilsuse ning materjali kiiruse jõudlus on märkimisväärselt paranenud.
Tahke oksiidi kütuseelemendid (SOFC) on seadmed, mis muudavad keemilise energia elektrienergiaks redoksreaktsioonide abil, kasutades hapnikku või muid oksüdeerijaid. Võrreldes muud tüüpi kütuseelementidega on SOFC -del suur energiatootmise efektiivsus, suur energiatihedus, kõrge modulaarsus ning painduv disain ja paigaldamine. SOFC -d sisaldavad komponente nagu elektrolüüdid, katoodid, anoodid ja bipolaarsed plaadid (ühendusmaterjalid). Haruldaste muldmetallide elementide ainulaadsed füüsikalis -keemilised omadused tagavad nende olulise rolli kütuseelementide erinevates komponentides. Haruldaste muldmetallide komposiitoksiididel on rikkalik ioonne ja elektrooniline juhtivus ning selle põhjal kasutatakse neid sageli tahke oksiidi kütuseelementide katalüsaatoritena. Kuna GD, SM ja CE -l on sarnane iooniline raadio, põhjustab GD või SM CeO2 -sse kõrge juhtivusega ja suurenenud anoodiaugu kontsentratsiooniga materjalid, parandades märkimisväärselt nende väävli taluvust anoodis.
Prootonivahetusmembraani kütuseelemendid (PEMFC -d) kasutavad vesinikku või reformige gaasi kütusena ja hapnikuna või õhku oksüdeerijana, reaktsiooniprodukt on vesi. Elektrokeemilise reaktsioonikiiruse parandamiseks tuleb gaasi difusioonielektroodile laadida teatud kogus katalüsaatorit koos PT -ga, millel on kõrge katalüütiline aktiivsus, mis tavaliselt valitakse elektrokatalüsaatoriks. PT kallis hind ja selle vastuvõtlikkus mürgistusele piiravad selle suuremahulist rakendust. Praegu näitavad suurenevad uuringud, et odavate haruldaste muldmetallide elementide tutvustamine sekundaarsete või kolmanda astme dopantidena katalüsaatoriteks ei vähenda mitte ainult tootmiskulusid, vaid parandab ka katalüsaatori aktiivsust ja kopsakavastast jõudlust.
Metalli-õhu akudel on eelised suure energiatiheduse ja suure energia muundamise efektiivsuse osas, kuid hapniku redutseerimise reaktsioon nõuab endiselt katalüütilist abi energia muundamise efektiivsuse parandamiseks. Selles valdkonnas on haruldaste muldmetallide materjalid, nagu Ceriumdioksiid (Ceo2)) tähelepanu pälvinud suurepärase hapniku ladustamise ja vabanemise võimete tõttu, võimaldades reaktsioonikeskkonnas hapnikusisaldust reguleerida. Hiina teadlased on selle kohta läbi viinud ulatuslikke uuringuid. Perovskite oksiidid (ABO3) on praegu elektroodimaterjalide kuum teema. Kuigi nende juhtivus on halb ja nende pindala on piiratud, on nende suurepärane bifunktsionaalne katalüütiline jõudlus ja häälestatav elementaarkompositsioon pälvinud märkimisväärset uurimistöö huvi. Yani uurimisrühm koostas LaCO 0. 75FE 0. 25O3, millel oli suurepärane bifunktsionaalne katalüütiline aktiivsus nii hapniku evolutsioonireaktsiooni (OER) kui ka hapniku redutseerimise reaktsiooni jaoks (ORR). Lisaks panid nad kokku tahke oleku painduva Zn-Air aku, mis näitas suurepärast laadimist, jalgrattasõidu stabiilsust ja silmapaistvat vastupidavust, pakkudes suurt potentsiaali praktilisteks rakendusteks (joonis 1).
Joonis 1 Uuringud haruldaste muldmetallide perovskite oksiidide toimimise kohta tsingi-õhu akudes
Haruldaste muldmetallide luminestsentsmaterjalide hulka kuuluvad ülemineku- ja allapoole muundamise luminestsentsmaterjalid, heitkoguste spektrid on peamiselt vahemikus 400–700 nm, mis on lainepikkuse vahemik, mida saab päikeseenergia abil tõhusalt kasutada. Haruldaste maapealsete luminestsentsmaterjalide väljatöötamine üles/allapoole muundamise funktsioonidega võib oluliselt parandada päikeserakkude fotogalvaanilist muundamise efektiivsust. Paljud teadlased on andnud suurepärase panuse valguse imendumise ja fotovoolu parandamiseks värvainesensibiliseeritud päikesepatareides. Valguse jäädvustamise suurendamiseks on Hafez jt. Sünteesitud TiO2: EL 3+/TiO2 nanoosakeste kahekihilised elektroodid värvainete sensibiliseeritud päikesepatareide jaoks. Ta et al. Kasutatud konversioonide luminestsentsmaterjalid, et parandada esimest korda orgaaniliste halogeniidi perovskiidi päikesepatareide efektiivsust. Ramasamy jt. Inkorporeeritud -nagdf4: YB3ER3FE Ag nanoosakestega nanoosakesed ülesmuunduvad nanoosakesed, et moodustada värvainete sensibiliseeritud päikesepatareide peegeldusmehhanism, suurendades oluliselt nende tõhusust.
HNRE toodetud kõrge puhtusastmega haruldaste muldmetallide metalle nagu skandium, yttrium, samarium, euroopium saab laialdaselt rakendada aku materjalide uurimisel ja tootmisel. Pakume ka muid haruldaste muldmetallide materjalide vorme, näiteks 6N puhast haruldaste muinasjutuliste oksiidide, kloriidide ja haruldaste pritsmete sihtmärke ja aurustusmaterjale PVD -protsesside jaoks.