W ostatnich latach, wraz z szybkim rozwojem nowych technologii energetycznych, materiały elektrody na bazie niklu stały się hotspotem badawczym ze względu na ich doskonałe właściwości elektrochemiczne. W tym artykule podsumowuje szereg wyników badań naukowych i ustala zalecane materiały elektrod niklu i ich zalety w różnych scenariuszach aplikacji.
I. Nikiel-hydrogen: elektroda wodorotlenkowa typu wysokiej stabilności
Materiał elektrody -ni (OH) ₂ (numer transferu elektronów około 1,3) opracowany przez zespół Harbin Institute of Technology wykazuje znaczące zalety. W porównaniu z tradycyjnym -NI (OH) ₂ ma lepsze właściwości mechaniczne, większy potencjał elektrody dodatni, wyższa wydajność ładowania i impedancja przenoszenia ładunku międzyfazowego jest zmniejszona o około 30%. Ponadto -ni (OH) ₂ może zmniejszyć zawartość niklu w materiale aktywnym o 30%, który ma zarówno ochronę środowiska, jak i wartość ekonomiczną. Badanie wykazało również, że szybkość uszkodzenia materiału w stos jest ściśle związana z pojemnością zrzutu. Szybkość uskoków w stosy materiału o dużej pojemności (270 mAh/g) wynosi 14,9%, co stanowi nowy pomysł na optymalizację konstrukcji elektrod.
Ii. Superkapacitor: Elektroda kompozytowa z tlenkiem niklu/nanorurki węglowej
Materiał kompozytowy tlenku niklu (NIO) i nanorurki węglowej (CNT) ma wyjątkową wydajność w dziedzinie magazynowania energii. Elektroda kompozytowa Nio/CNT przygotowana metodą zol-żel i osadzanie elektrochemiczne ma specyficzną pojemność do 160F/g i ma zarówno pojemność podwójną, jak i pseudokapacytancję. Pojemność specyficzna Nio pojedynczej elektrody traktowanej ciepłem w temperaturze 250 stopni osiąga 240F/g, co jest lepsze niż tradycyjne materiały węglowe aktywne, a wprowadzenie nanorurek węglowych dodatkowo zmniejsza impedancję i poszerza okno potencjału roboczego. Nanostrukturalne materiały na bazie niklu syntetyzowane metodą hydrotermalną (takie jak puste mikrosfery wodorotlenkowe niklu i porowate pręty z tlenku niklu) mają specyficzną pojemność ponad 1000 F/g i doskonałą stabilność cyklu, które są odpowiednie dla nowych systemów magazynowania energii pojazdu energetycznego.
Iii. Bateria cynku-nickel: technologia elektrod niklu o dużej gęstości
Jako zielona bateria wtórna technologia elektrod niklu z akumulatorów cynk-nickel nadal się poprawia. Badania wykazały, że elektrody sferyczne o wysokiej gęstości -NI (OH) muszą syntetyzować materiały aktywne o wysokiej liczbie transferu elektronów, aby stłumić problemy z ekspansją. Ponadto nanotechnologia tlenku cynku (taka jak w kształcie pręta i sferyczny tlenek nano-cynku) znacznie poprawia stabilność cyklu elektrod cynku, o określonej pojemności 630 mAh/g, która ma promować industrializację baterii cynku-nickel.
Iv. Reakcja ewolucji wodoru: stopy na bazie niklu i porowate elektrody struktury
W dziedzinie wytwarzania wodoru przez elektrolizę wody stopy na bazie niklu (takie jak Ni-S, Ni-Sn) i porowate elektrody nikielowe są przygotowywane przez elektrodeporowanie, wykazujące niską ewolucję wodoru nadpotencyjną i wysoką aktywność katalityczną. Piekowane elektrody tlenku metali szlachetnych na bazie metali szlachetnych dodatkowo poprawiają powierzchnię i wydajność katalityczną, zapewniając nowe rozwiązanie rozwoju czystej energii.
V. Eksploracja granic: Związki bimetaliczne i materiały na bazie niklu magnezu rzadkiego Ziemi Ziemi
Pseudokapaciczne właściwości niklu-bimetalicznych wodorotlenków, siarczków i selenidów są znacznie lepsze niż właściwości monometalowych związków, a wydajność specyficzna i żywotność cyklu są znacznie poprawia. Stopy do magazynowania wodoru na bazie rzadkich ziemskich-magnezu-Nickel (takie jak Ab₃, typ A₂b₇) stały się przedmiotem badań nowej generacji materiałów elektrodowych z akumulatorów niklu-hydrogenu ze względu na ich wysoką pojemność i wydajność szybkości.
Wniosek
Zróżnicowany rozwój materiałów elektrod na bazie niklu promuje innowacje technologii magazynowania energii i konwersji energii. Od kompozytów NIO/CNT o wysokiej stabilności -NI (OH) ₂ do wysokowydajnych Nio/CNT, od optymalizacji akumulatora cynku-nickel po zastosowania katalityczne ewolucji wodoru, osiągnięcia te położyły podstawę naukową dla wysokiej wydajności i zieleni nowych urządzeń energetycznych. W przyszłości postęp regulacji nanostruktury i technologii złożonej dodatkowo uwolni potencjał materiałów na bazie niklu i pomoże osiągnąć cel „podwójnego węgla”.
