Pēdējos gados, strauji attīstot jaunas enerģijas tehnoloģijas, elektrodu materiāli, kas balstīti uz niķeļiem, ir kļuvuši par pētījumu punktu, pateicoties to lieliskajām elektroķīmiskajām īpašībām. Šajā rakstā ir apkopoti vairāki zinātniski pētījumu rezultāti un sakārtoti ieteicamie niķeļa elektrodu materiāli un to priekšrocības dažādos pielietojuma scenārijos.
I. Niķeļa-hidrogēna akumulators: augstas stabilitātes tipa niķeļa hidroksīda elektrods
-NI (OH) ₂ Elektrodu materiāls (aptuveni 1,3 elektronu pārneses skaits), ko izstrādājis Harbinas Tehnoloģiju institūta komanda, parāda ievērojamas priekšrocības. Salīdzinot ar tradicionālo -NI (OH) ₂, tai ir labākas mehāniskās īpašības, pozitīvāks elektrodu potenciāls, lielāka uzlādes efektivitāte un saskarnes lādiņa pārnešanas pretestība tiek samazināta par aptuveni 30%. Turklāt -NI (OH) ₂ var samazināt niķeļa saturu aktīvajā materiālā par 30%, kam ir gan vides aizsardzība, gan ekonomiskā vērtība. Pētījumā arī atklājās, ka materiāla kraušanas kļūdas ātrums ir cieši saistīts ar izrakstīšanas spēju. Augstas ietilpības (270mA/g) materiāla kraušanas kļūdas ātrums ir 14,9%, kas nodrošina jaunu ideju elektrodu dizaina optimizēšanai.
II. Superkondensators: niķeļa oksīds/oglekļa nanocauruļu kompozītmateriālu elektrods
Niķeļa oksīda (NIO) un oglekļa nanocaurules (CNT) kompozītmateriālam ir izcila veiktspēja enerģijas uzglabāšanas jomā. NIO/CNT kompozītmateriālu elektrodam, kas sagatavots ar sola-gela metodi un elektroķīmisko nogulsnēšanos, ir īpaša kapacitāte līdz 160F/g, un tai ir gan divslāņu kapacitātes, gan pseidokapacitācijas īpašības. NIO viena elektrodu termiskās apstrādes specifiskā ietilpība 250 grādos sasniedz 240F/g, kas ir labāks nekā tradicionālie aktivētie oglekļa materiāli, un oglekļa nanocauruļu ieviešana vēl vairāk samazina pretestību un paplašina darba potenciālu logu. Nanostrukturētiem niķeļa bāzes materiāliem, kas sintezēti ar hidrotermisko metodi (piemēram, dobi niķeļa hidroksīda mikrosfērām un porainiem niķeļa oksīda stieņiem) ir īpaša kapacitāte vairāk nekā 1000F/g un lieliska cikla stabilitāte, kas ir piemērota jaunām enerģijas transportlīdzekļu enerģijas uzkrāšanas sistēmām.
III. Cinka-nickel akumulators: augsta blīvuma niķeļa elektrodu tehnoloģija
Kā zaļš sekundārs akumulators, cinka-nikeļa bateriju niķeļa elektrodu tehnoloģija turpina uzlaboties. Pētījumi parādīja, ka augsta blīvuma sfēriskajam -NI (OH) ₂ Elektrodiem ir jāsintezē augsts elektronu pārneses skaits Aktīvie materiāli, lai nomāktu izplešanās problēmas. Turklāt cinka oksīda nanotehnoloģija (piemēram, stieņa formas un sfērisks nano cinka oksīds) ievērojami uzlabo cinka elektrodu cikla stabilitāti ar īpašu 630mAh/g ietilpību, kas, domājams, veicinās cinka-nikeļa bateriju industrializāciju.
Iv. Ūdeņraža evolūcijas reakcija: sakausējumi uz niķeļa bāzes un porainas struktūras elektrodi
Ūdeņraža ražošanas laukā ar ūdens elektrolīzi uz niķeļa bāzes sakausējumiem (piemēram, Ni-S, Ni-Sn) un porainiem niķeļa elektrodiem tiek sagatavoti ar elektrodepozīciju, parādot zemu ūdeņraža evolūciju pārmērīgu un augstu katalītisko aktivitāti. Puttiski uz niķeļa bāzes dārgmetāla oksīda elektrodi vēl vairāk uzlabo virsmas laukumu un katalītisko efektivitāti, nodrošinot jaunu šķīdumu tīras enerģijas attīstībai.
V. Frontier Exploration: Bimetaliski savienojumi un retzemju magnija niķeļa bāzes materiāli
Niķeļa-cobalta bimetāla hidroksīdu, sulfīdu un selenīdu pseidokapacitīvās īpašības ir ievērojami labākas nekā monometāliskiem savienojumiem, un īpašā spēja un cikla kalpošanas laiks ir ievērojami uzlabots. Retu zeme-magnesija-nikela bāzes ūdeņraža uzglabāšanas sakausējumi (piemēram, ab₃, a₂b₇ tips) ir kļuvuši par jaunās niķeļa-hidrogēna akumulatora negatīvu elektrodu materiālu pētījuma fokusu, ņemot vērā to augsto izlādes spēju un ātruma veiktspēju.
Secinājums
Daudzveidīga elektrodu materiālu izstrāde, kas balstīta uz niķeļiem, veicina enerģijas uzkrāšanas un enerģijas pārveidošanas tehnoloģiju inovāciju. Sākot no augstas stabilitātes -NI (OH) ₂ līdz augstas veiktspējas NIO/CNT kompozītiem, no cinka nikla akumulatora optimizācijas līdz ūdeņraža evolūcijas katalītiskajiem lietojumiem, šie sasniegumi ir izveidojuši zinātnisku pamatu jaunu enerģijas ierīču augstajai efektivitātei un zaļumam. Nākotnē nanostruktūras regulēšanas un saliktās tehnoloģijas progress vēl vairāk atraisīs niķeļa materiālu potenciālu un palīdzēs sasniegt "dubultā oglekļa" mērķi.
