分析石墨烯在电化学储能中的应用
来源：宝鄂实业
2020-02-29 14:16
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锂离子电池第一会合石墨烯的理论研究在两个方面:一是能力问题,包括李和石墨烯之间的交互,和李离子在石墨烯不严的问题,这是密切结合比锂离子电池的功能,主要包含李在平行方向上的松懈和石墨烯通过石墨烯出现松懈的外观。
1. 能力与相互作用能
(1)没有石墨烯
李没有相互作用的研究石墨烯的出现表明,李位于石墨烯的碳六元环的中心,和六个碳原子组成的环与李,而李结的两个碳原子之间的相互作用和一个碳原子的顶端很弱。Li与C六元环的相互作用具有离子键的性质。电荷从Li转移到石墨烯上，重新定位的电子主要在Li和C六元环之间的区域相遇，因此Li原子的上区与电子在石墨烯上的C - C键上切割。当Li附着在石墨烯表面时，石墨烯的电子结构必然发生变化。因为李的电子进入石墨烯的π*乐队,费米能级系统的动作明显上升,进入导带,和2 s的李,因为电荷传输高于费米能级,石墨烯还狄拉克点,但因为电荷从李转移到石墨烯,费米能级变成略高于狄拉克点。
科学家发现Li和石墨烯的吸附能大于0，说明Li和完整的石墨烯不会主动吸附，难以形成稳定的化合物。对于低层次的石墨烯，Li积极响应。当Li进入低层石墨烯层间时，Li与碳原子之间的相互作用受到层间范德华力的影响，这种影响随Li的量而变化。计算函数表明，低层石墨烯的Li的存储容量低于块状石墨。Li可以进入任意数量的小层石墨烯，但只能在石墨烯层之间，而不能在小层石墨烯表面。对于两层石墨烯，当含量较低时，Li具有很强的插层作用。随着石墨烯层的不断增加，Li首先进入了最外层石墨烯层，而不是中心层。然后，根据石墨烯层的数量，Li会有不同的嵌入行为，要么嵌入同一最外层，要么嵌入另一最外层，或者可能嵌入内层。
奥尔过程
燃料电池可以直接将化学能转化为电能，具有转换功率大、功率密度高、无污染等优点。氧气回收反应是限制燃料电池使用的一个重要因素。反应有两种方式。第一个是四电子过程，在这个过程中，O2得到4个电子，并直接还原为H2O。第二种是低功率的双电子过程，在这个过程中O2转化为H2O2。由于四电子制程催化剂的高功率应用，对其进行讨论非常重要。
石墨烯催化计算表明，O2分子与完整石墨烯片的吸附能非常小，两者之间的间隔也很大，大于2.6?。虽然O2分子与石墨烯形成弱离子键，但由于反应过程后续过程需要较高的能量，且生成的OOH很难吸附到完整的石墨烯上，所以完整的石墨烯不具有O2催化活性。因为N的电负性比C强，所以N周围的C原子带一个正电荷，它们带一定的自旋电荷。研究表明，当自旋电荷密度或原子电荷密度大于0.15时，碳原子表现出ORR电化学活性。此外，科学家们选择了周期性结构石墨烯模型，专门探讨了在没有石墨烯和n-掺杂石墨烯的石墨烯上的ORR过程，如图8所示。他们还计算了N含量对石墨烯ORR过程的影响，发现4-5% N含量的应用是合适的。
