バッテリー中の希土類材料の研究と適用
バッテリーには、高い変換効率や低炭素排出量などの利点があり、理想的なグリーンエネルギー源となっています。現在、バッテリーでの希土類触媒材料の研究と適用には、主にリチウムイオン電池、固体酸化物燃料電池、プロトン交換膜燃料電池、金属空気電池、太陽電池が含まれます。
リチウムイオン電池には、高エネルギー密度、大きな出力密度、長寿命、および汚染のない利点があります。アノード材料の場合、後ろに遅れをとるカソード材料の開発が、リチウムイオン電池の性能を決定する重要な要因です。高電荷や強力な偏光能力などの希土類元素の特性に基づいて、希土類元素をリチウムイオン電池に組み込むことは、リチウムイオン電池を修正するための重要な研究方向になります。 Lee et al。希土類元素を備えたドープLimn2O4は、Y、ND、GD、CEなどの要素をドーピングすることを発見し、LIMN2O4の格子定数を増加させ、LIMN2O4フレームワークの安定性を高め、それによりリチウムイオンの移動速度を促進することがわかりました。 Liu et al。 LaとAlドープのLICOO2は非常に大容量と安定性を示し、材料のレートパフォーマンスが大幅に改善されていることがわかりました。
固体酸化物燃料電池（SOFC）は、酸素または他の酸化剤を使用した酸化還元反応を介して化学エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスです。他のタイプの燃料電池と比較して、SOFCは発電効率が高く、エネルギー密度が大きく、モジュール性が高く、柔軟な設計と設置があります。 SOFCには、電解質、カソード、アノード、双極板（接続材料）などの成分が含まれています。希土類元素のユニークな物理化学的特性は、燃料電池のさまざまな成分における重要な役割を保証します。希土類複合酸化物は豊富なイオン性および電子導電率を持ち、これに基づいて、それらはしばしば固体酸化物燃料の触媒として使用されます。 GD、SM、およびCEは同様のイオン半径を持っているため、GDまたはSMをCEO2にドーピングすると、導電率が高く陽極穴濃度が増加し、アノードでの硫黄耐性が大幅に改善されます。
プロトン交換膜燃料電池（PEMFC）は、水素を使用したり、燃料としてガスを酸化剤として酸素または空気として使用し、反応生成物が水である。電気化学反応速度を改善するには、一定量の触媒をガス拡散電極にロードする必要があります。これは、通常、電気触媒として選択される触媒活性が高いPTです。ただし、PTの高価な価格と中毒に対する感受性は、その大規模な適用を制限しています。現在、研究の増加は、低コストの希土類元素を二次または三次ドーパントとして触媒に導入することで、生産コストを削減するだけでなく、触媒の活動と毒性パフォーマンスを大幅に改善することが示唆されています。
金属空気バッテリーには、高エネルギー密度と高エネルギー変換効率の利点がありますが、酸素還元反応は、エネルギー変換効率を改善するために触媒支援を依然として必要とします。この分野では、二酸化セリウム（CEO2）のような希土類材料は、優れた酸素貯蔵と放出能力により注目を集めており、反応環境での酸素含有量の調節を可能にしています。中国の研究者は、これに関する広範な研究を実施しています。ペロブスカイト酸化物（ABO3）は現在、電極材料のホットトピックです。それらの導電率は低く、表面積は限られていますが、それらの優れた二機能性触媒性能と調整可能な元素組成はかなりの研究関心を集めています。 Yanの研究グループは、Laco 0。75fe0。25o3を作成しました。これは、酸素進化反応（OER）と酸素還元反応（ORR）の両方に対して優れた二機能触媒活性を示しました。彼らはさらに、優れた充電可能性、サイクリングの安定性、優れた耐久性を示す固体柔軟なZn-Airバッテリーを組み立て、実用的な用途に大きな可能性を提供しました（図1）。
図1亜鉛空気電池における希土類ペロブスカイト酸化物の性能に関する研究
希土類発光材料には、上昇コンバージョンとダウンコンバージョンの発光材料が含まれ、主に400〜700 nmの範囲で発光スペクトルがあり、太陽エネルギーによって効率的に利用できる波長範囲です。アップ/ダウンコンバージョン機能を備えた希土類ベースの発光材料の開発は、太陽電池の太陽光発電効率を大幅に改善することができます。多くの研究者は、色素増感された太陽電池における光吸収と光電流の改善に優れた貢献をしてきました。光キャプチャを強化するために、Hafez et al。合成されたTiO2：EU 3+/TiO2ナノ粒子双粒産電極用の色素増感太陽電池。彼など。上に曲がりくねった発光材料を使用して、有機ハロゲン化物ペロブスカイト太陽電池の効率を初めて改善しました。 Ramasamy et al。 Incorporated -nagdf4：yb3er3feアップコンバージョンナノ粒子とAgナノ粒子を使用して、色素感受性太陽電池の反射メカニズムを形成し、効率を大幅に向上させます。
Scandium、Yttrium、Samarium、HNREによって生産されたユーロピウムなどの高純度の希土類金属は、バッテリー材料の研究と生産に広く適用できます。また、6Nの純粋な希土類酸化物、塩化物、希土類スパッタリングターゲットやPVDプロセスの蒸発材料など、他の形態の希土類材料も提供しています。