En els darrers anys, amb el ràpid desenvolupament de noves tecnologies energètiques, els materials d’elèctrodes basats en níquel s’han convertit en un punt de recerca de recerca a causa de les seves excel·lents propietats electroquímiques. Aquest article resumeix diversos resultats de la investigació científica i ordena els materials d'elèctrodes de níquel recomanats i els seus avantatges en diferents escenaris d'aplicacions.
I. Bateria de níquel-hidrogen: elèctrode d’hidròxid de níquel d’alta estabilitat
El material d'elèctrodes -Ni (OH) ₂ (nombre de transferència d'electrons d'uns 1,3) desenvolupat per l'equip de l'Institut Harbin de Tecnologia mostra avantatges importants. En comparació amb la tradicional -NI (OH) ₂, té millors propietats mecàniques, més potencial d’elèctrodes positius, una major eficiència de càrrega i la impedància de transferència de càrrega interfacial es redueix al voltant d’un 30%. A més, -ni (OH) ₂ pot reduir el contingut de níquel al material actiu en un 30%, que té tant la protecció ambiental com el valor econòmic. L'estudi també va trobar que la taxa de falles d'apilament del material està estretament relacionada amb la capacitat de descàrrega. La taxa de falles d’apilament del material d’alta capacitat (270mAh/g) és del 14,9%, cosa que proporciona una nova idea per optimitzar el disseny dels elèctrodes.
II. Supercapacitor: òxid de níquel/elèctrode compost de nanotubs de carboni
El material compost de l’òxid de níquel (NIO) i el nanotub de carboni (CNT) té un rendiment excel·lent en el camp de l’emmagatzematge d’energia. L’elèctrode compost NIO/CNT preparat pel mètode Sol-Gel i la deposició electroquímica té una capacitança específica de fins a 160F/g, i té capacitança de doble capa i característiques de pseudocapacitància. La capacitat específica de l’elèctrode únic NIO tractat a la calor a 250 graus arriba a 240F/g, cosa que és millor que els materials tradicionals de carboni activat, i la introducció de nanotubs de carboni redueix encara més la impedància i amplia la finestra potencial de treball. Els materials basats en níquel nanoestructurats sintetitzats per mètode hidrotèrmic (com ara microsfores d’hidròxid de níquel buit i varetes d’òxid de níquel porós) tenen una capacitança específica de més de 1000F/g i una excel·lent estabilitat del cicle, que són adequades per a nous sistemes d’emmagatzematge d’energia energètic energèticament.
Iii. Bateria de zinc-níquel: tecnologia d’elèctrodes de níquel d’alta densitat
Com a bateria secundària verda, la tecnologia dels elèctrodes de níquel de les bateries de níquel de zinc continua millorant. Els estudis han demostrat que els elèctrodes esfèrics -Ni (OH) d'alta densitat han de sintetitzar materials actius de transferència d'electrons elevats per suprimir els problemes d'expansió. A més, la nanotecnologia d’òxid de zinc (com l’òxid de zinc de nano en forma de vareta i esfèric) millora significativament l’estabilitat del cicle dels elèctrodes de zinc, amb una capacitat específica de 630mAh/g, que s’espera que afavoreixi la industrialització de les bateries de zinc-niquel.
Iv. Reacció de l'evolució d'hidrogen: aliatges basats en níquel i elèctrodes d'estructura porosa
En el camp de la producció d’hidrogen per electròlisi d’aigua, els aliatges basats en níquel (com Ni-S, Ni-SN) i elèctrodes porosos de níquel es preparen per electrodeposició, mostrant una baixa evolució d’hidrogen sobrepotencial i una alta activitat catalítica. Els elèctrodes d'òxid de metalls preciosos basats en níquel es mostren encara més la superfície i l'eficiència catalítica, proporcionant una nova solució per al desenvolupament de l'energia neta.
V. Exploració de la frontera: compostos bimetàlics i materials basats en níquel de magnesi de terra rara
Les propietats pseudocapacitives dels hidròxids bimetàlics de níquel-cobalt, sulfurs i selenides són significativament millors que les dels compostos monometàlics, i la capacitat específica i la vida del cicle es milloren molt. Els aliatges d’emmagatzematge d’hidrogen basats en níquel de terres rares (com ara ab₃, tipus A₂b₇) s’han convertit en el focus de recerca de la nova generació de materials d’elèctrodes negatius de la bateria de níquel-hidrogen a causa de la seva elevada capacitat de descàrrega i el rendiment de la velocitat.
Conclusió
El desenvolupament diversificat de materials d’elèctrodes basats en níquel està promovent la innovació de les tecnologies d’emmagatzematge d’energia i conversió d’energia. Des de alta estabilitat -Ni (OH) ₂ fins a compostos NIO/CNT d’alt rendiment, des de l’optimització de bateries de níquel de zinc fins a aplicacions catalítiques d’evolució d’hidrogen, aquests èxits han posat un fonament científic per a l’alta eficiència i la verda de la nova energia. En el futur, el progrés de la regulació de nanoestructura i de la tecnologia composta deslligarà encara més el potencial dels materials basats en níquel i ajudarà a assolir l’objectiu de “doble carboni”.
