Viimastel aastatel on uute energiatehnoloogiate kiire arenguga niklipõhised elektroodimaterjalid muutunud nende suurepäraste elektrokeemiliste omaduste tõttu uurimistöö levialaks. See artikkel võtab kokku hulgaliselt teadusuuringute tulemusi ja sorteerib soovitatud nikkelielektroodimaterjalid ja nende eelised erinevates rakendusstsenaariumides.
I. Nikkel-hüdrogeeni aku: kõrge stabiilsus-tüüpi nikkelhüdroksiidielektrood
Harbini tehnoloogiameeskonna välja töötatud elektroodimaterjal -ni (OH) ₂ Elektroodimaterjal (umbes 1,3) näitab olulisi eeliseid. Võrreldes traditsioonilise -ni (OH) ₂ -ga on sellel paremad mehaanilised omadused, positiivsem elektroodipotentsiaal, suurem laadimise efektiivsus ja pindadevahelise laengu ülekandetakistus vähendatakse umbes 30%. Lisaks võib -ni (OH) ₂ võib vähendada aktiivse materjali nikli sisu 30%, millel on nii keskkonnakaitse kui ka majanduslik väärtus. Samuti leiti uuringus, et materjali virnastamise rikke määr on tihedalt seotud tühjendusmahuga. Suure võimsusega (270mAh/g) materjali virnastamise rikkesagedus on 14,9%, mis annab uue idee elektroodide disaini optimeerimiseks.
Ii. Superkondensaator: nikkeloksiidi/süsiniknanotoru komposiitelektrood
Nikkeloksiidi (NIO) ja süsiniknanotoru (CNT) komposiitmaterjal on energiasalvestuse valdkonnas silmapaistvad jõudlus. Sol-geeli meetodi ja elektrokeemilise sadestumise abil valmistatud NIO/CNT komposiitelektroodil on spetsiifiline mahtuvus kuni 160F/g ning sellel on nii kahekihilise mahtuvuse kui ka pseudokandentsi omadused. NIO üksikute elektroodide kuumutatuga töödeldud spetsiifiline maht ulatub 240f/g, mis on parem kui traditsioonilised aktiveeritud süsinikmaterjalid, ja süsiniknanotorude kasutuselevõtt vähendab veelgi impedantsi ja laiendab tööpotentsiaali akent. Hüdrotermilise meetodil sünteesitud nanostruktureeritud niklipõhiste materjalide (näiteks õõnes nikli hüdroksiidi mikrosfäärid ja poorsed nikkeloksiidivardad) on spetsiifiline mahtuvus üle 1000F/g ja suurepärane tsükli stabiilsus, mis sobivad uute energiasõidukite energiasäästusüsteemide jaoks.
Iii. Tsink-nikli aku: suure tihedusega nikkel-elektrooditehnoloogia
Rohelise sekundaarse akuna paraneb tsink-nikli akude nikkel-elektrooditehnoloogia. Uuringud on näidanud, et suure tihedusega sfäärilised -ni (OH) ₂ Elektroodid peavad laienemisprobleemide mahasurumiseks sünteekima aktiivsed suured ülekandearvu. Lisaks parandab tsinkoksiidi nanotehnoloogia (näiteks vardakujuline ja sfääriline nano-tsinkoksiid) tsinklektroodide tsükli stabiilsust märkimisväärselt, konkreetse mahuga 630 mAh/g, mis eeldatavasti soodustab tsink-nikli akude industrialiseerimist.
IV. Vesiniku evolutsioonireaktsioon: niklipõhised sulamid ja poorsed struktuuri elektroodid
Vesiniku tootmise valdkonnas vee elektrolüüsi abil valmistatakse niklipõhised sulamid (näiteks Ni-S, Ni-SN) ja poorsed nikkelielektroodid elektride saposeerimise teel, näidates madala vesiniku evolutsiooni ülepaisutamist ja kõrget katalüütilist aktiivsust. Vahuga niklipõhised väärismetalloksiidielektroodid parandavad veelgi pinda ja katalüütilist efektiivsust, pakkudes uue lahenduse puhta energia arendamiseks.
V. Piiride uurimine: bimetallilised ühendid ja haruldaste muldmetallide magneesiumi niklipõhised materjalid
Nikkel-Cobalt bimetalliliste hüdroksiidide, sulfiidide ja seleeniidide pseudokannivad omadused on oluliselt paremad kui monometalliliste ühendite omadused ning spetsiifiline võime ja tsükli eluiga on suuresti paranenud. Haruldaste maakera-magneesiumi-niklil põhinevad vesinikusulamid (näiteks AB₃, A₂B₇ tüüp) on saanud uue põlvkonna nikkel-hüdrogeeni aku negatiivse elektroodi materjalide uurimistöö fookuseks tänu nende kõrge väljutamisvõime ja kiiruse jõudluse tõttu.
Järeldus
Niklipõhiste elektroodimaterjalide mitmekesine arendamine edendab energiasalvestuse ja energia muundamise tehnoloogiate innovatsiooni. Alates kõrge stabiilsusega -ni (OH) ₂ kuni suure jõudlusega NIO/CNT komposiitideni, alates tsink-nikkeli aku optimeerimisest kuni vesiniku evolutsiooni katalüütiliste rakendusteni on need saavutused pannud teadusliku aluse uute energiaseadmete suure efektiivsuse ja roheluse jaoks. Tulevikus vallandab nanostruktuuri reguleerimise ja liittehnoloogia areng veelgi niklipõhiste materjalide potentsiaali ja aitab saavutada eesmärgi "kahekordse süsiniku".
