@ 2017.03.16 , 15:00

新型纳米纤维推进下一代电池发展

高效高储能的电能存储系统的研发是提高惠及万家的新能源电动汽车行驶里程的关键技术问题之一。佐治亚理工学院的材料研究者创造了一种新型纳米纤维,显著提高水电解产氢效率,对研发下一代可充电电池具有重要作用。

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20纳米直径的双钙钛矿型纳米纤维可被用作超快析氧反应中的高效催化剂

自然通讯杂志于2月27日发布了一项由国家自然科学基金资助的研究,该研究描述了一种可用作超快析氧反应中高效催化剂的双钙钛矿型纳米纤维的研发,其中超快析氧反应是氢基能源和较新的金属空气电池中的一种内部电化过程。

佐治亚理工学院材料科学与工程系终身教授Meilin Liu提到:“金属空气电池相对于目前的电池能在更小的空间中存储更多的能量,但问题在于这种电池缺乏有效的能提高效率的催化剂。这种新的催化剂将解决这个问题。”

钙钛矿是指这种催化剂的晶体结构,“这种独特的晶体结构和这种构成形式对于增强活性和耐久度至关重要。”在合成过程中,研究人员使用了一种名为结构调整的技术,或者叫“共掺”,提高了这种催化剂约4.7倍的固有活性。这种通过静电纺纱过程制作的钙钛矿氧化纤维直径约为20纳米,是目前利用该技术得到的最小直径。

研究者发现这种新物质相对于已有催化剂具有更强的增强析氧反应的能力。该纳米纤维的单位质量催化活性相对于最初的粉末催化剂提升了72倍,相对于当前最好的催化剂氧化铱提升了2.5倍。研究者称,催化活性的提升部分由于纳米纤维较大的表面积,此外,将钙钛矿结构合成到纳米纤维中也提升了其固有活性,从而提高了析氧反应的效率。研究者在论文中提到:“这项工作不仅代表了高效持久的析氧反应电催化剂的最新进展,同时也让我们更加了解纳米结构在析氧反应中的作用。”

新型催化剂除了能被应用于可充电金属电池,还可被用于新一代高效燃料电池的研究。Liu说道:

今天我们已经能较为容易地利用太阳,风,地热等能量。但问题是这些自然界中的可再生能量是间歇性的。没有风的时候就没有了电力,但如果我们将来自于太阳或者风的富余能量存储起来,我们就能用这些额外的电能产生氧并将这些能量存储起来在需要的时候再使用。这就是新型纳米纤维大展身手的地方。目前存储能量的电池仍然比较昂贵,我们需要优良的催化剂提升水电解效率,这种新发明的催化剂能加速水解离或金属空气电池中的电化学反应。

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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