Ricerca e applicazione di materiali della terra rara nelle batterie
Le batterie presentano vantaggi come l'elevata efficienza di conversione e le basse emissioni di carbonio, rendendole una fonte di energia verde ideale. Attualmente, la ricerca e l'applicazione di materiali catalitici delle terre rare nelle batterie includono principalmente: batterie agli ioni di litio, celle a combustibile a ossido solido, celle a combustibile a membrana di scambio di protoni, batterie in metallo e celle solari.
Le batterie agli ioni di litio hanno i vantaggi di alta densità di energia, grande densità di potenza, durata lunga e nessun inquinamento. Per i materiali anodi, lo sviluppo di materiali catodici, che è in ritardo, è il fattore chiave che determina le prestazioni delle batterie agli ioni di litio. Sulla base delle caratteristiche degli elementi delle terre rare, come l'elevata carica e la forte capacità di polarizzazione, incorporare elementi delle terre rare in batterie agli ioni di litio diventerà un'importante direzione di ricerca per modificare le batterie agli ioni di litio. Lee et al. DOPED LIMN2O4 con elementi di terre rare e ha scoperto che il doping con elementi come Y, ND, GD e CE ha aumentato la costante reticolare di Limn2O4 e ha migliorato la stabilità del framework Limn2O4, promuovendo così il tasso di migrazione degli ioni di litio. Liu et al. hanno scoperto che LACOO2 drogato di LA e Al mostrava una capacità e una stabilità molto elevata, con un significativo miglioramento delle prestazioni del tasso del materiale.
Le celle a combustibile a ossido solido (SOFC) sono dispositivi che convertono l'energia chimica in energia elettrica attraverso reazioni redox mediante ossigeno o altri ossidanti. Rispetto ad altri tipi di celle a combustibile, i SOFC hanno un'efficienza di generazione di energia elevata, una grande densità di energia, un'elevata modularità e una progettazione e installazione flessibili. I SOFC contengono componenti come elettroliti, catodi, anodi e piastre bipolari (materiali di collegamento). Le proprietà fisico -chimiche uniche degli elementi delle terre rare assicurano il loro ruolo significativo in vari componenti delle celle a combustibile. Gli ossidi compositi di terre rare hanno una ricca conduttività ionica ed elettronica e, in base a questo, sono spesso usati come catalizzatori nelle celle a combustibile a ossido solido. Poiché GD, SM e CE hanno raggi ionici simili, il doping GD o SM in CEO2 si traducono in materiali con alta conducibilità e aumento della concentrazione di fori dell'anodo, migliorando significativamente la loro tolleranza allo zolfo nell'anodo.
Le celle a combustibile a membrana di scambio di protoni (PEMFC) utilizzano il gas idrogeno o riformati come combustibile e ossigeno o aria come ossidante, con il prodotto di reazione che è acqua. Per migliorare la velocità di reazione elettrochimica, una certa quantità di catalizzatore deve essere caricata sull'elettrodo di diffusione del gas, con PT, che ha un'elevata attività catalitica, in genere scelta come elettrocatalizzatore. Tuttavia, il prezzo costoso di PT e la sua suscettibilità all'avvelenamento limitano la sua applicazione su larga scala. Attualmente, una crescente ricerca suggerisce che l'introduzione di elementi delle terre rare a basso costo poiché i droganti secondari o terziari nei catalizzatori non solo riducono i costi di produzione, ma migliora anche significativamente l'attività e le prestazioni anti-poversing del catalizzatore.
Le batterie in aria metallica presentano i vantaggi dell'elevata densità di energia e dell'elevata efficienza di conversione dell'energia, ma la reazione di riduzione dell'ossigeno richiede ancora assistenza catalitica per migliorare l'efficienza di conversione dell'energia. In questo campo, i materiali delle terre rare come il biossido di cerio (CEO2) hanno attirato l'attenzione a causa della loro eccellente accumulo di ossigeno e delle capacità di rilascio, consentendo la regolazione del contenuto di ossigeno nell'ambiente di reazione. I ricercatori cinesi hanno condotto studi approfonditi su questo. Gli ossidi di perovskite (ABO3) sono attualmente un argomento caldo per i materiali degli elettrodi. Sebbene la loro conduttività sia scarsa e la loro superficie sia limitata, le loro eccellenti prestazioni catalitiche bifunzionali e la composizione elementare sintonizzabili hanno attirato un notevole interesse di ricerca. Il gruppo di ricerca di Yan ha preparato laco 0. 75fe 0. 25O3, che presentava un'eccellente attività catalitica bifunzionale sia per la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER) che per la reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR). Hanno ulteriormente assemblato una batteria a aria Zn flessibile a stato solido che ha mostrato un'eccellente carica di carico, stabilità del ciclo e durata eccezionale, fornendo un grande potenziale per applicazioni pratiche (Figura 1).
Figura 1 Ricerca sulle prestazioni degli ossidi di perovskite di terre rare nelle batterie a base di zinco
I materiali luminescenti di terre rare includono materiali luminescenti di conversione e conversione a contrversione, con spettri di emissione principalmente nell'intervallo di 400-700 nm, un intervallo di lunghezze d'onda che può essere utilizzato in modo efficiente dall'energia solare. Lo sviluppo di materiali luminescenti a base di terre rare con funzioni su/giù conversione può migliorare significativamente l'efficienza di conversione fotovoltaica delle celle solari. Molti ricercatori hanno dato ottimi contributi per migliorare l'assorbimento della luce e la fotocorrente nelle celle solari sensibilizzate a colorante. Per migliorare la cattura della luce, Hafez et al. TIO2 sintetizzato: EU 3+/TiO2 Elettrodi a doppio strato di nanoparticelle per celle solari sensibilizzate a colorante. Lui et al. Materiali luminescenti utilizzati per migliorare l'efficienza delle celle solari per perovskite di alogenuri organici per la prima volta. Ramasamy et al. Incorporated -NAGDF4: YB3ER3FE Nanoparticelle di conversione con nanoparticelle di Ag per formare un meccanismo di riflessione per le celle solari sensibilizzate a coloranti, migliorando notevolmente la loro efficienza.
I metalli delle terre rare di alta purezza come Scandium, Ittrium, Samarium, Europium prodotto da HNRE possono essere ampiamente applicati nella ricerca e nella produzione di materiali a batteria. Forniamo anche altre forme di materiali della terra rara, come 6n ossidi di terre rare puri, cloruri e obiettivi di sputtering delle terre rare e materiali di evaporazione per i processi PVD.