În ultimii ani, odată cu dezvoltarea rapidă a noilor tehnologii energetice, materialele cu electrozi pe bază de nichel au devenit un punct de cercetare din cauza proprietăților lor electrochimice excelente. Acest articol rezumă o serie de rezultate ale cercetării științifice și sortează materialele recomandate de electrod nichel și avantajele acestora în diferite scenarii de aplicații.
I. Baterie nichel-hidrogen: electrod de hidroxid de nichel de mare stabilitate
Materialul de electrod -ni (OH) ₂ (număr de transfer de electroni de aproximativ 1,3) dezvoltat de echipa Institutului Tehnologic Harbin prezintă avantaje semnificative. În comparație cu tradiționalul -Ni (OH) ₂, are proprietăți mecanice mai bune, potențial de electrod mai pozitiv, eficiență mai mare de încărcare și impedanța de transfer de sarcină interfațială este redusă cu aproximativ 30%. În plus, -Ni (OH) ₂ poate reduce conținutul de nichel în materialul activ cu 30%, care are atât protecție asupra mediului, cât și valoare economică. Studiul a constatat, de asemenea, că rata de defecțiune a materialului este strâns legată de capacitatea de descărcare. Rata de defecțiune de stivuire a materialului de mare capacitate (270mAh/g) este de 14,9%, ceea ce oferă o idee nouă pentru optimizarea proiectării electrodului.
Ii. Supercapacitor: electrod compozit cu oxid de nichel/carbon nanotub
Materialul compozit al oxidului de nichel (NIO) și nanotubul de carbon (CNT) are performanțe deosebite în domeniul stocării de energie. Electrodul compozit NIO/CNT preparat prin metoda sol-gel și depunerea electrochimică are o capacitate specifică de până la 160F/g și are atât caracteristici de capacitate cu două straturi, cât și de pseudocapacitate. Capacitatea specifică a NIO un singur electrod tratat termic la 250 de grade atinge 240F/g, ceea ce este mai bun decât materialele de carbon tradiționale activate, iar introducerea nanotuburilor de carbon reduce în continuare impedanța și lărgește fereastra potențialului de lucru. Materialele pe bază de nichel nanostructurate sintetizate prin metoda hidrotermică (cum ar fi microsferele de hidroxid de nichel gol și tije poroase de oxid de nichel) au o capacitate specifică de peste 1000F/g și o stabilitate excelentă a ciclului, care sunt potrivite pentru sistemele noi de stocare a energiei vehiculelor energetice.
Iii. Baterie de zinc-nichel: tehnologie de electrozi cu densitate de înaltă densitate
Ca baterie secundară verde, tehnologia cu electrozi nichel a bateriilor de zinc-nichel continuă să se îmbunătățească. Studiile au arătat că electrozii sferici sferici de înaltă densitate (OH) ₂ trebuie să sintetizeze numărul mare de transfer de electroni materiale active pentru a suprima problemele de expansiune. În plus, nanotehnologia cu oxid de zinc (cum ar fi oxidul de zinc nano nano în formă de tijă și sferic) îmbunătățesc semnificativ stabilitatea ciclului electrozilor de zinc, cu o capacitate specifică de 630mAh/g, care este de așteptat să promoveze industrializarea bateriilor de zinc-nucleu.
Iv. Reacție de evoluție a hidrogenului: aliaje pe bază de nichel și electrozi cu structură poroasă
În domeniul producției de hidrogen prin electroliză de apă, aliajele pe bază de nichel (cum ar fi Ni-S, Ni-SN) și electrozii poroși de nichel sunt preparați prin electrodepunere, care prezintă o evoluție scăzută a evoluției hidrogenului și o activitate catalitică ridicată. Electrozii de oxid de metale prețioase pe bază de nichel spumos îmbunătățesc și mai mult suprafața și eficiența catalitică, oferind o nouă soluție pentru dezvoltarea energiei curate.
V. Explorare de frontieră: compuși bimetalici și materiale rare pe bază de nichel de magneziu de pământ
Proprietățile pseudocapacitive ale hidroxizilor bimetalici, sulfurilor și selenidelor nichel-cobalt sunt semnificativ mai bune decât cele ale compușilor monometalici, iar capacitatea specifică și viața ciclului sunt mult îmbunătățite. Aliajele rare de stocare a hidrogenului pe bază de pământ-magneniu-nichel (cum ar fi AB₃, A₂B₇) au devenit punctul de cercetare al noii generații de materiale cu electrod negativ cu baterie-hidrogen, datorită capacității lor ridicate de descărcare și a performanței ratei lor.
Concluzie
Dezvoltarea diversificată a materialelor cu electrozi pe bază de nichel promovează inovația tehnologiilor de stocare a energiei și de conversie a energiei. De la stabilitate ridicată -Ni (OH) ₂ până la compozite NIO/CNT de înaltă performanță, de la optimizarea bateriei de zinc-nichel până la aplicațiile catalitice de evoluție a hidrogenului, aceste realizări au pus un fundament științific pentru eficiența ridicată și ecologitatea noilor dispozitive energetice. În viitor, progresul reglementării nanostructurii și al tehnologiei compuse va dezlănțui în continuare potențialul materialelor pe bază de nichel și va ajuta la atingerea obiectivului „dual de carbon”.
