ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีพลังงานใหม่วัสดุอิเล็กโทรดที่ใช้นิกเกิลได้กลายเป็นฮอตสปอตการวิจัยเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม บทความนี้สรุปผลการวิจัยทางวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งและเรียงลำดับวัสดุอิเล็กโทรดนิกเกิลที่แนะนำและข้อดีของพวกเขาในสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน
I. แบตเตอรี่นิกเกิล-ไฮโดรเจน: อิเล็กโทรดนิเกิลไฮดรอกไซด์ที่มีเสถียรภาพสูง
วัสดุอิเล็กโทรด -NI (OH) ₂ (จำนวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนประมาณ 1.3) ที่พัฒนาโดยทีมงานสถาบันเทคโนโลยี Harbin แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่สำคัญ เมื่อเปรียบเทียบกับ -NI แบบดั้งเดิม (OH) ₂มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีกว่าศักยภาพอิเล็กโทรดเชิงบวกที่มีศักยภาพในการชาร์จที่สูงขึ้น นอกจากนี้ -NI (OH) ₂สามารถลดเนื้อหานิกเกิลในวัสดุที่ใช้งานได้ 30%ซึ่งมีทั้งการปกป้องสิ่งแวดล้อมและมูลค่าทางเศรษฐกิจ การศึกษายังพบว่าอัตราความผิดพลาดของการซ้อนของวัสดุมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความสามารถในการปลดปล่อย อัตราความผิดพลาดของการซ้อนของวัสดุที่มีความจุสูง (270mAh/g) คือ 14.9%ซึ่งเป็นแนวคิดใหม่สำหรับการออกแบบอิเล็กโทรดให้เหมาะสม
ii. Supercapacitor: อิเล็กโทรดคอมโพสิตนิกเกิลออกไซด์/คาร์บอนนาโนทิวบ์
วัสดุคอมโพสิตของนิกเกิลออกไซด์ (NIO) และคาร์บอนท่อนาโน (CNT) มีประสิทธิภาพที่โดดเด่นในด้านการจัดเก็บพลังงาน อิเล็กโทรดคอมโพสิตคอมโพสิต NIO/CNT ที่เตรียมโดยวิธี Sol-gel และการสะสมทางเคมีไฟฟ้ามีความจุที่เฉพาะเจาะจงสูงถึง 160F/g และมีทั้งความจุสองชั้นและลักษณะ pseudocapacitance ความสามารถเฉพาะของ NIO เดียวที่ได้รับความร้อนอิเล็กโทรดที่ 250 องศาถึง 240F/g ซึ่งดีกว่าวัสดุคาร์บอนแบบเปิดใช้งานแบบดั้งเดิมและการแนะนำของท่อนาโนคาร์บอนจะช่วยลดความต้านทานและขยายหน้าต่างศักยภาพในการทำงาน วัสดุนิกเกิลที่มีโครงสร้างนาโนที่ถูกสังเคราะห์โดยวิธีการไฮโดรเทอร์มอล (เช่น microspheres นิกเกิลไฮดรอกไซด์กลวงและแท่งนิกเกิลออกไซด์ที่มีรูพรุน) มีความจุเฉพาะมากกว่า 1,000F/g และความเสถียรของวงจรที่ยอดเยี่ยมซึ่งเหมาะสำหรับระบบเก็บพลังงานพลังงานยานพาหนะพลังงานใหม่
iii. แบตเตอรี่ Zinc-Nickel: เทคโนโลยีขั้วนิกเกิลที่มีความหนาแน่นสูง
ในฐานะที่เป็นแบตเตอรี่ทุติยภูมิสีเขียวเทคโนโลยีอิเล็กโทรดนิกเกิลของแบตเตอรี่สังกะสี-นิกเกิลยังคงดีขึ้น การศึกษาแสดงให้เห็นว่าขั้วไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นสูง -NI (OH) ₂ขั้วไฟฟ้าจำเป็นต้องสังเคราะห์วัสดุที่ใช้งานอิเล็กตรอนสูงเพื่อยับยั้งปัญหาการขยายตัว นอกจากนี้ซิงค์ออกไซด์นาโนเทคโนโลยี (เช่นรูปก้านและทรงกลมนาโนซิงค์ออกไซด์) ช่วยเพิ่มความเสถียรของวัฏจักรของขั้วไฟฟ้าสังกะสีอย่างมีนัยสำคัญด้วยความจุเฉพาะ 630mAh/g ซึ่งคาดว่าจะส่งเสริมอุตสาหกรรมของแบตเตอรี่สังกะสี-นิกาย
iv. ปฏิกิริยาวิวัฒนาการของไฮโดรเจน: โลหะผสมนิกเกิลและอิเล็กโทรดโครงสร้างที่มีรูพรุน
ในสาขาการผลิตไฮโดรเจนโดยอิเล็กโทรไลต์น้ำโลหะผสมที่ใช้นิกเกิล (เช่น Ni-S, Ni-SN) และขั้วนิกเกิลที่มีรูพรุนถูกจัดทำขึ้นโดยการจัดวางอิเล็กโทรดแสดงให้เห็นถึงการวิวัฒนาการของไฮโดรเจนต่ำมากเกินไปและกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาสูง ขั้วไฟฟ้าออกไซด์โลหะมีค่าที่ใช้นิกเกิลจะช่วยปรับปรุงพื้นที่ผิวและประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาต่อไปซึ่งเป็นวิธีการแก้ปัญหาใหม่สำหรับการพัฒนาพลังงานสะอาด
V. การสำรวจ Frontier: สารประกอบ bimetallic และวัสดุที่ใช้แมกนีเซียมแมกนีเซียมหายาก
คุณสมบัติ pseudocapacitive ของไฮดรอกไซด์นิกเกิล-บอลต์บอลต์, ซัลไฟด์และเซลินด์นั้นดีกว่าสารประกอบ monometallic อย่างมีนัยสำคัญและความสามารถที่เฉพาะเจาะจงและอายุการใช้งานจะดีขึ้นอย่างมาก อัลลอยด์ไฮโดรเจนที่ใช้มาจาก Earth-Magnesium-nickel ที่หายาก (เช่นAB₃, A₂B₇ประเภท) ได้กลายเป็นจุดสนใจของการวิจัยของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบของแบตเตอรี่นิกเกิลไฮโดรเจนรุ่นใหม่เนื่องจากความจุและประสิทธิภาพของอัตราการปลดปล่อยสูง
บทสรุป
การพัฒนาที่หลากหลายของวัสดุอิเล็กโทรดที่ใช้นิกเกิลกำลังส่งเสริมนวัตกรรมของการจัดเก็บพลังงานและเทคโนโลยีการแปลงพลังงาน จากความเสถียรสูง -NI (OH) ₂ไปจนถึงคอมโพสิต NIO/CNT ที่มีประสิทธิภาพสูงตั้งแต่การเพิ่มประสิทธิภาพแบตเตอรี่สังกะสี-นิกเกิลไปจนถึงแอพพลิเคชั่นเร่งปฏิกิริยาของไฮโดรเจนวิวัฒนาการความสำเร็จเหล่านี้ได้วางรากฐานทางวิทยาศาสตร์เพื่อประสิทธิภาพสูงและสีเขียวของอุปกรณ์พลังงานใหม่ ในอนาคตความคืบหน้าของการควบคุมโครงสร้างนาโนและเทคโนโลยีคอมโพสิตจะช่วยปลดปล่อยศักยภาพของวัสดุที่ใช้นิกเกิลและช่วยให้บรรลุเป้าหมาย "คาร์บอนคู่"
