Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ năng lượng mới, các vật liệu điện cực dựa trên niken đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu do các đặc tính điện hóa tuyệt vời của chúng. Bài viết này tóm tắt một số kết quả nghiên cứu khoa học và sắp xếp các vật liệu điện cực niken được đề xuất và lợi thế của chúng trong các kịch bản ứng dụng khác nhau.
I. Pin niken-hydro
Vật liệu điện cực -NI (OH) ₂ (Số chuyển điện tử khoảng 1.3) được phát triển bởi nhóm Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân cho thấy những lợi thế đáng kể. So với truyền thống -Ni (OH) ₂, nó có tính chất cơ học tốt hơn, tiềm năng điện cực dương hơn, hiệu suất sạc cao hơn và trở kháng chuyển điện tích giao thoa giảm khoảng 30%. Ngoài ra, -ni (OH) có thể giảm 30%hàm lượng niken trong vật liệu hoạt động, có cả bảo vệ môi trường và giá trị kinh tế. Nghiên cứu cũng cho thấy tỷ lệ lỗi xếp chồng của vật liệu có liên quan chặt chẽ đến khả năng xả. Tỷ lệ lỗi xếp chồng của vật liệu công suất cao (270mAh/g) là 14,9%, cung cấp một ý tưởng mới để tối ưu hóa thiết kế điện cực.
Ii. Supercapacitor: Điện cực tổng hợp ống nano oxit/carbon niken
Vật liệu tổng hợp của oxit niken (NIO) và ống nano carbon (CNT) có hiệu suất nổi bật trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng. Điện cực tổng hợp NIO/CNT được điều chế bằng phương pháp SOL-GEL và lắng đọng điện hóa có điện dung cụ thể lên tới 160F/g, và có cả điện dung hai lớp và đặc điểm giả giả. Khả năng cụ thể của NIO được xử lý nhiệt điện cực đơn ở 250 độ đạt 240F/g, tốt hơn các vật liệu carbon được kích hoạt truyền thống và việc giới thiệu các ống nano carbon làm giảm trở kháng và mở rộng cửa sổ tiềm năng làm việc. Các vật liệu dựa trên niken cấu trúc nano được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt (như kính hiển vi hydroxit niken rỗng và thanh oxit niken xốp) có điện dung cụ thể hơn 1000F/g và độ ổn định chu kỳ tuyệt vời, phù hợp cho các hệ thống lưu trữ năng lượng năng lượng mới.
Iii. Pin kẽm-niken: Công nghệ điện cực niken mật độ cao
Là một pin thứ cấp màu xanh lá cây, công nghệ điện cực niken của pin kẽm-nikel tiếp tục được cải thiện. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các điện cực hình cầu mật độ cao -NI (OH) cần phải tổng hợp các vật liệu truyền số điện tử cao để ngăn chặn các vấn đề mở rộng. Ngoài ra, công nghệ nano oxit kẽm (như oxit kẽm nanin hình cầu và hình cầu) giúp cải thiện đáng kể độ ổn định chu kỳ của các điện cực kẽm, với công suất cụ thể là 630mAh/g, dự kiến sẽ thúc đẩy công nghiệp hóa pin kẽm-nickel.
Iv. Phản ứng tiến hóa hydro: Hợp kim dựa trên niken và các điện cực cấu trúc xốp
Trong lĩnh vực sản xuất hydro bằng cách điện phân nước, các hợp kim dựa trên niken (như Ni-S, Ni-SN) và các điện cực niken xốp được điều chế bằng điện cực, cho thấy sự tiến hóa hydro thấp quá mức và hoạt động xúc tác cao. Phù thủy điện cực oxit kim loại quý dựa trên niken cải thiện hơn nữa diện tích bề mặt và hiệu quả xúc tác, cung cấp một giải pháp mới để phát triển năng lượng sạch.
V. Thăm dò biên giới: Các hợp chất lưỡng kim và vật liệu dựa trên niken magiê đất hiếm
Các đặc tính giả của hydroxit niken-cobalt, sulfide và selenide tốt hơn đáng kể so với các hợp chất monometallic, và khả năng và tuổi thọ cụ thể được cải thiện rất nhiều. Các hợp kim lưu trữ hydro dựa trên trái đất hiếm hoi (như loại AB₃, loại A₂B₇) đã trở thành trọng tâm nghiên cứu của thế hệ mới của vật liệu điện cực âm tính của pin-hydro do khả năng phóng điện và hiệu suất tốc độ cao của chúng.
Phần kết luận
Sự phát triển đa dạng của các vật liệu điện cực dựa trên niken đang thúc đẩy sự đổi mới của các công nghệ lưu trữ năng lượng và chuyển đổi năng lượng. Từ độ ổn định cao -NI (OH) đến các vật liệu tổng hợp NIO/CNT hiệu suất cao, từ tối ưu hóa pin kẽm-nickel đến các ứng dụng xúc tác tiến hóa hydro, những thành tựu này đã đặt nền tảng khoa học cho hiệu quả cao và màu xanh của các thiết bị năng lượng mới. Trong tương lai, sự tiến bộ của quy định cấu trúc nano và công nghệ tổng hợp sẽ tiếp tục giải phóng tiềm năng của các vật liệu dựa trên niken và giúp đạt được mục tiêu "carbon kép".
