En los últimos años, con el rápido desarrollo de nuevas tecnologías energéticas, los materiales de electrodos a base de níquel se han convertido en un punto de acceso de investigación debido a sus excelentes propiedades electroquímicas. Este artículo resume una serie de resultados de investigación científica y clasifica los materiales de electrodos de níquel recomendados y sus ventajas en diferentes escenarios de aplicación.
I. Batería de níquel-hidrógeno: electrodo de hidróxido de níquel de tipo estabilidad de alta estabilidad
El material de electrodo -ni (OH) ₂ (número de transferencia de electrones de aproximadamente 1.3) desarrollado por el equipo de Harbin Institute of Technology muestra ventajas significativas. En comparación con el tradicional -ni (OH) ₂, tiene mejores propiedades mecánicas, un potencial de electrodo más positivo, una mayor eficiencia de carga y la impedancia de transferencia de carga interfacial se reduce en aproximadamente un 30%. Además, -ni (OH) ₂ puede reducir el contenido de níquel en el material activo en un 30%, lo que tiene tanto protección del medio ambiente como valor económico. El estudio también encontró que la tasa de falla de apilamiento del material está estrechamente relacionada con la capacidad de descarga. La tasa de falla de apilamiento del material de alta capacidad (270 mAh/g) es del 14,9%, lo que proporciona una nueva idea para optimizar el diseño de electrodos.
II. Supercapacitor: electrodo compuesto de óxido de níquel/carbono
El material compuesto de óxido de níquel (NIO) y el nanotubo de carbono (CNT) tiene un rendimiento sobresaliente en el campo del almacenamiento de energía. El electrodo compuesto NIO/CNT preparado por el método SOL-gel y la deposición electroquímica tiene una capacitancia específica de hasta 160F/g, y tiene características de capacitancia de doble capa y pseudocapacitancia. La capacidad específica de NIO un solo electrodo calordo tratado con 250 grados alcanza 240F/g, que es mejor que los materiales de carbono activados tradicionales, y la introducción de nanotubos de carbono reduce aún más la impedancia y amplía la ventana del potencial de trabajo. Los materiales a base de níquel nanoestructurados sintetizados por el método hidrotérmico (como las microesferas de hidróxido de níquel hueco y las varillas de óxido de níquel poroso) tienen una capacidad específica de más de 1000F/gy una excelente estabilidad del ciclo, que son adecuadas para nuevos sistemas de almacenamiento de energía de vehículos de energía.
Iii. Batería en zinc-níquel: tecnología de electrodo de níquel de alta densidad
Como batería secundaria verde, la tecnología de electrodo de níquel de las baterías de zinc-níquel continúa mejorando. Los estudios han demostrado que los electrodos esféricos de alta densidad (OH) ₂ necesitan sintetizar el alto número de transferencia de electrones materiales activos para suprimir los problemas de expansión. Además, la nanotecnología del óxido de zinc (como el óxido de nano zinc en forma de varilla y en forma de varilla) mejora significativamente la estabilidad del ciclo de los electrodos de zinc, con una capacidad específica de 630 mAh/g, que se espera que promueva la industrialización de las baterías de níquel de zinc.
IV. Reacción de evolución de hidrógeno: aleaciones a base de níquel y electrodos de estructura porosa
En el campo de la producción de hidrógeno por electrólisis de agua, las aleaciones a base de níquel (como Ni-S, Ni-Sn) y los electrodos de níquel poroso se preparan por electrodeposición, que muestran una baja actividad de evolución de hidrógeno sobrepotencial y alta actividad catalítica. Los electrodos de óxido de metales preciosos a base de níquel a fondo mejoran aún más el área superficial y la eficiencia catalítica, proporcionando una nueva solución para el desarrollo de energía limpia.
V. Exploración fronteriza: compuestos bimetálicos y materiales a base de níquel de magnesio de tierras raras
Las propiedades pseudocapacitivas de los hidróxidos bimetálicos de níquel-cobalto, los sulfuros y los selenidos son significativamente mejores que las de los compuestos monometálicos, y la capacidad específica y la vida útil del ciclo mejoran en gran medida. Las aleaciones raras de almacenamiento de hidrógeno a base de níquel de tierras níquel (como AB₃, tipo A₂B₇) se han convertido en el foco de investigación de la nueva generación de materiales de electrodos negativos de la batería de níquel-hidrógeno debido a su alta capacidad de descarga y rendimiento de la velocidad.
Conclusión
El desarrollo diversificado de los materiales de electrodos basados en níquel está promoviendo la innovación del almacenamiento de energía y las tecnologías de conversión de energía. Desde la alta estabilidad -ni (OH) ₂ hasta los compuestos NIO/CNT de alto rendimiento, desde la optimización de la batería de níquel de zinc hasta aplicaciones catalíticas de evolución de hidrógeno, estos logros han sentado una base científica para la alta eficiencia y la verdura de los nuevos dispositivos de energía. En el futuro, el progreso de la regulación de la nanoestructura y la tecnología compuesta desatará aún más el potencial de los materiales a base de níquel y ayudará a lograr el objetivo de "doble carbono".
