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          于默奧大學利用納米級分子塊構建儲能材料 可用于超級電容器

          122    2021-11-03 19:00:56   

          稀有金屬元素鈮的分子可作為分子構建塊,用于電化學儲能材料設計。據外媒報道,瑞典于默奧大學(Ume? University)化學系的Mark Rambaran提出一種方法,利用含有納米尺寸鈮分子的水性溶液(稱為多鈮酸鹽,polyoxoniobates)來生產固體材料。

          圖片來源:于默奧大學

          Mark Rambaran表示:“這些多鈮酸鹽是水溶性的,可以大量合成。就像孩子堆樂高積木一樣,它們可以充當分子構建塊,用于制造多種材料。這些材料可用于超級電容器等設備,以優化鋰離子存儲?!?/p>

          通過微波照射,可以合成多鈮酸鹽。相對于傳統水熱法,這種方法快速而有效。Mark Rambaran表示:“利用微波照射,15分鐘即可完成相關過程。比起以前使用的水熱法(需要18小時),時間要短得多?!?/p>

          這種納米尺寸分子可以在水中溶解,并通過旋涂沉積至五氧化二鈮(niobium pentoxide)薄膜上。將這些薄膜加熱至200-1200°C,可使表面具有不同的耐腐蝕性和電化學特性。在更高的溫度下,這些薄膜會結晶,并對非?;镜臈l件具有耐受性,而且這些薄膜總是具有抗酸性。這種方法有利于沉積具有不同結晶度、厚度和粗糙度的無堿金屬氧化物薄膜。Mark Rambaran表示:“因為能夠制造五氧化二鈮薄膜,測試贗電容性能變得更加容易。這有助于開發電化學儲能設備,比如超級電容器?!?/p>

          受益于五氧化二鈮晶體的原子排列,其中的通道可以輕松容納儲存和釋放的鋰離子,使循環次數超過10萬次。因此,將其用于超級電容器,提供電化學儲能,有可能取代典型的鋰離子電池。

          鋰離子電池的電荷儲存能力有限,充放電時間長達10分鐘以上。相比之下,超級電容器的充電時間僅需10秒,可以快速而有效地提供能量。此外,使用水溶性多鈮酸鹽來制備金屬氧化物薄膜,是一種簡單溫和的方法,可以避免使用有害的起始材料,如五氯化鈮或五氟化鈮。Mark Rambaran表示:“為了減緩氣候變化,人們日益關注開發新的儲能材料。因此,需要改進太陽能/燃料電池及電池的制造方法,以提升電化學儲能能力,同時保持環境友好性?!?/p>

          在電化學儲能方面,超級電容器被視為可與鋰離子電池相媲美,甚至有望取代鋰離子電池。目前,超級電容器的應用包括電動汽車、混合動力電動汽車、有軌電車、火車、消費電子產品等。


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