בשנים האחרונות, עם התפתחות מהירה של טכנולוגיות אנרגיה חדשות, חומרי אלקטרודה מבוססי ניקל הפכו לנקודה חמה מחקרית בגלל התכונות האלקטרוכימיות המצוינות שלהם. מאמר זה מסכם מספר תוצאות מחקר מדעיות וממיין את חומרי האלקטרודה הניקל המומלצים ואת היתרונות שלהם בתרחישים שונים של יישומים.
I. סוללת ניקל-מימן: אלקטרודה הידרוקסיד ניקל-יציבות גבוהה
חומר האלקטרודה -NI (OH) ₂ (מספר העברת אלקטרונים של בערך 1.3) שפותח על ידי צוות מכון חרבין לטכנולוגיה מראה יתרונות משמעותיים. בהשוואה ל- Ni -Ni (OH) ₂ מסורתי, יש לו תכונות מכניות טובות יותר, פוטנציאל אלקטרודה חיובי יותר, יעילות טעינה גבוהה יותר, והעכבת העברת המטען הממשקית מופחתת בכ- 30%. בנוסף, -ni (OH) ₂ יכול להפחית את תוכן הניקל בחומר הפעיל ב- 30%, שיש לו גם הגנה על הסביבה וגם ערך כלכלי. המחקר מצא גם כי קצב התקלות בערימה של החומר קשור קשר הדוק ליכולת הפריקה. שיעור תקלות הערימה של החומר בעל קיבולת גבוהה (270mAh/g) הוא 14.9%, המספק רעיון חדש למיטוב עיצוב אלקטרודות.
II. SuperCapacitor: תחמוצת ניקל/פחמן ננו -צינור אלקטרודה מורכבת
לחומר המורכב של תחמוצת ניקל (NIO) וננו -צינור פחמן (CNT) יש ביצועים יוצאי דופן בתחום אחסון האנרגיה. האלקטרודה המורכבת של NIO/CNT שהוכנה בשיטת סול-ג'ל ותצהיר אלקטרוכימי יש קיבול ספציפי של עד 160F/גרם, ויש לו גם קיבול שכבה כפולה וגם מאפייני פסאודוקאציה. הקיבולת הספציפית של NIO אלקטרודה יחידה שטופלה בחום ב -250 מעלות מגיעה ל -240F/גרם, וזה טוב יותר מחומרי פחמן מופעלים מסורתיים, והכנסת צינורות פחמן מפחיתה עוד יותר את העכבה ומרחיבה את החלון הפוטנציאלי העובד. החומרים המבוססים על ניקל המובנים על ידי ננו המסונתזים בשיטה הידרותרמית (כמו מיקרוספרות Holow Nickel Hydroxide ומוטות תחמוצת ניקל נקבובית) הם בעלי קיבול ספציפי של מעל 1000F/G ויציבות מחזור מעולה, המתאימים למערכות אחסון אנרגיה אנרגיה חדשה.
III. סוללת אבץ-ניקל: טכנולוגיית אלקטרודות ניקל בצפיפות גבוהה
כסוללה משנית ירוקה, טכנולוגיית האלקטרודות הניקל של סוללות אבץ-ניקל ממשיכה להשתפר. מחקרים הראו כי אלקטרודות כדוריות בצפיפות גבוהה -Ni (OH) ₂ אלקטרודות צריכות לסנתז מספר העברת אלקטרונים גבוהות חומרים פעילים כדי לדכא בעיות הרחבה. בנוסף, ננו-טכנולוגיה של תחמוצת אבץ (כמו תחמוצת אבץ בצורת מוט וכדורי) משפרת משמעותית את יציבות המחזור של אלקטרודות אבץ, עם קיבולת ספציפית של 630mAh/g, שצפויה לקדם את התיעוש של סוללות אבץ-ניקל.
Iv. תגובת התפתחות מימן: סגסוגות מבוססות ניקל ואלקטרודות מבנה נקבובי
בתחום ייצור המימן באמצעות אלקטרוליזה של מים, מוכנים סגסוגות מבוססות ניקל (כמו Ni-S, Ni-SN) ואלקטרודות ניקל נקבוביות על ידי אלקטרודפוזיציה, המראים פעילות פוטנציאלית אוליתית גבוהה של התפתחות מימן. אלקטרודות תחמוצת מתכת יקרות מבוססות ניקל משפרות עוד יותר את שטח הפנים ואת היעילות הקטליטית, ומספקות פיתרון חדש לפיתוח אנרגיה נקייה.
V. חקר גבול: תרכובות בימטיות וחומרים מבוססי ניקל מגנזיום אדמה נדירים
התכונות הפסאודוקאקטיביות של הידרוקסידים, סולפידים וסלנידים של ניקל-קובלט ניקל-קובלט טובים יותר מאלו של תרכובות מונומטאליות, והקיבולת הספציפית וחיי המחזור משופרים מאוד. סגסוגות אחסון מימן מבוססות אדמה-מגניום-ניקל נדירות (כמו AB₃, סוג A₂B₇) הפכו למוקד המחקר של הדור החדש של חומרי אלקטרודה שליליים של סוללת ניקל-מימן בגלל יכולת הפריקה הגבוהה שלהם וביצועי הקצב שלהם.
מַסְקָנָה
הפיתוח המגוון של חומרי אלקטרודה מבוססי ניקל מקדם את החדשנות של טכנולוגיות אחסון אנרגיה והמרת אנרגיה. מיציבות גבוהה -NI (OH) ₂ ועד מרוכבים NIO/CNT בעלי ביצועים גבוהים, החל מאופטימיזציה של סוללות אבץ-ניקל ועד יישומים קטליטיים של אבולוציה של מימן, הישגים אלה הניחו בסיס מדעי ליעילות גבוהה וירקות של מכשירי אנרגיה חדשים. בעתיד, התקדמות ויסות הננו-מבנים וטכנולוגיה מורכבת תשחרר עוד יותר את הפוטנציאל של חומרים מבוססי ניקל ותסייע בהשגת יעד "הפחמן הכפול".
