纳米资料在电池中的使用

纳米资料的小孔径效应和外表效应与化学电源中的活性资料非常相关,作为电极的活性资料纳米化后,外表增大,电流密度会下降,极化减小,导致电容量增大,然后具有更杰出的电化学活性。特别是最富特征的一维纳米资料———纳米碳管在作为新式贮锂资料、电化学贮能资料和高功能复合资料等方面的研讨已取得了重大突破,因而拓荒了全新的科学研讨范畴。

1　碱性锌锰电池资料
1 1　纳米级γ-ＭｎＯ2

　　夏熙等使用溶胶凝胶法、微乳法、低热固相反响法组成制得纳米级γ ＭｎＯ2用作碱锰电池正极资料。发现纯度欠安,但与ＥＭＤ以最佳配比混合,可大大进步第2电子当量的放电容量,也便是可呈现混配效应。若制得的纳米γ ＭｎＯ2纯度高时,自身的放电容量即优于ＥＭＤ。

1 2　掺Ｂｉ改性纳米ＭｎＯ2
　　夏熙等经过参加Ｂｉ2Ｏ3组成得到改性ＭｎＯ2,选用纳米级和微米级改性掺Ｂｉ ＭｎＯ2混配的办法,放电容量都有不同程度的进步,并且存在一个最佳配比。经过掺Ｂｉ在充放电过程中构成一系列不同价态的Ｂｉ Ｍｎ复合物的共复原和共氧化,有用按捺Ｍｎ3Ｏ4的生成,可极大地改进电极的可充性。

1 3　纳米级α-ＭｎＯ2
    选用固相反响法组成不含杂质阳离子的纳米α ＭｎＯ2,粒径小于50ｎｍ,其电化学活性较高,放电容量比惯例粒径ＥＭＤ更大,特别适于重负荷放电,表现出杰出的去极化功能,具有必定的开发和使用潜力。

1 4　纳米级ＺｎＯ
　　碱锰电池中的电液要参加少数的ＺｎＯ,以按捺锌负极在电液中的自放电。ＺｎＯ在电液中的涣散越均匀,越有利于操控自放电。纳米ＺｎＯ在我国已使用于医药等方面。因为碱锰电池朝着无汞化开展,选用纳米ＺｎＯ是可挑选的办法之一。使用的关键是要留意纳米ＺｎＯ资料的外表改性问题。

1 5　纳米级Ｉｎ2Ｏ3
    Ｉｎ2Ｏ3是碱锰电池的无机代汞缓蚀剂的挑选之一,现在已开发并生产出无汞碱锰电池用高纯纳米Ｉｎ2Ｏ3,该资料具有比外表积大,涣散性好,缓蚀作用更佳的特色,使用于无汞碱锰电池具有杰出的按捺气体发生的作用。

2　在ＭＨ/Ｎｉ电池中的使用
2 1　纳米级Ｎｉ(ＯＨ)2
　　周震等人用沉积转化法制备了纳米级Ｎｉ(ＯＨ)2,并发现纳米级Ｎｉ(ＯＨ)2比微米级Ｎｉ(ＯＨ)2具有更高的电化学反响可逆性和更快速的活化才能。选用该资料制造的电极在电化学氧化复原过程中极化较小,充电效率高,活性物质使用更充沛,并且显示出放电电位较高的特色。赵力等人用微乳液法制备纳米β Ｎｉ(ＯＨ)2,粒径为40～70ｎｍ。该办法较易操控纳米颗粒粒径巨细,并且所制得的纳米资料呈球型或椭球形,适用于某些对颗粒状有特别要求的场合,如作为氢氧化镍电极的增加剂,按必定份额掺杂,可使Ｎｉ(ＯＨ)2的使用率明显进步,特别当放电电流较大时,使用率可进步12%。

2 2　纳米晶贮氢合金
　　陈朝晖等使用电弧熔炼高能球磨法制备出纳米晶ＬａＮｉ5[6],均匀粒径约20ｎｍ,选用该资料制备的电极与粗晶ＬａＮｉ5制备的电极比较,具有恰当的放电容量,更好的活化特性,但其循环寿数较短。

3　锂离子电池资料
3 1　阴极资料———纳米ＬｉＣｏＯ2
　　夏熙等用凝胶法制备的纳米ＬｉＣｏＯ2,放电容量为103ｍＡｈ/ｇ,充电容量为109ｍＡｈ/ｇ,长渠道在3 9Ｖ处,有明显进步放电渠道的作用,循环安稳性也大为进步,但未见有混配效应。低热固相反响法组成纳米ＬｉＣｏＯ2,发现了混配效应:以必定份额与惯例ＬｉＣｏＯ2进行混配,做成电池测验,充电容量可达132ｍＡｈ/ｇ,放电容量为125ｍＡｈ/ｇ,放电渠道在3 9Ｖ,因为纳米颗粒增大了比外表积,令Ｌｉ+更易嵌入和脱出,削弱了极化现象,循环功能比惯例ＬｉＣｏＯ2明显进步,显示出较好的功能。

3 2　纳米阳极资料
　　中国科学院成都有机化学研讨所“碳纳米管和其它纳米资料”的研讨工作取得了阶段性效果。制得的碳纳米管层间间隔为0 34ｎｍ,略大于石墨的层距离0 335ｎｍ,这有利于Ｌｉ+的嵌入和脱出,它特别的圆筒状构型不只可使Ｌｉ+从外壁和内壁两方面嵌入,并且可防止因溶剂化Ｌｉ+的嵌入引起石墨层剥离而形成负极资料的损坏。试验标明,用该资料作为增加剂或独自用作锂离子电池的负极资料均可明显进步负极资料的嵌Ｌｉ+容量和安稳性。中国科学院金属研讨所等用有机物催化热解法制备出单壁纳米碳管和多壁纳米碳管。他们的研讨标明用纳米碳管作为电极,比容量可到达1100ｍＡｈ/ｇ,且循环功能安稳。香港科技大学用多孔的沸石晶体作载体,初次成功研制出尺度最小,全球最细且摆放规整的0 4ｎｍ单壁纳米碳管,继而又发现在超导温度15℃以下呈现出特别的一维超导特性。

4 电容器资料
　　由可充电电池和电容器一起组合的复合电源体系引起了人们的浓厚兴趣,特别是环保电动轿车研讨的鼓起,这种复合电源体系可在轿车发动、爬坡、刹车时供给大功率电源,因而能够下降电动车辆对蓄电池大功率放电的约束要求,大大延伸蓄电池循环使用寿数,然后进步电动轿车的实用性。近年来以纳米碳管为代表的纳米碳资料的研讨和作为电极资料的使用,为更高功能的电化学超级电容器的研讨拓荒了新的途径。清华大学用催化裂解丙烯和氢气混合气体制备碳纳米管质料,再选用增加粘结剂或高温热压的工艺手法制备碳纳米管固体电极,经过恰当的外表处理,制得的碳纳米管电极具有极高的比外表积使用率。用纳米碳管和ＲｕＯ2的复合电极制备双电层法拉第电容器,在纳米碳管比外表积为150ｍ2/ｇ时,电容量可达20Ｆ/ｇ左右。清华大学现已制备出电容量达100Ｆ的试验室样品。在充沛使用纳米资料的外表特性和中空结构上,纳米碳管是现在最理想的超级电容器资料。

5　结束语
　　ａ 资料的先进性必然会推进电池的先进性,因而纳米资料技能在电化学范畴具有非常宽广的远景,不只可使传统的电池功能到达一个新的高度,更有望开发出新式的电源。
　　ｂ 因为纳米资料的研讨现在大多处于试验室阶段,因而怎么制得粒径可控的纳米颗粒,处理这些颗粒在储存和运送过程中的聚会问题,简化组成办法,下降本钱,是往后实用化应留意的问题。
　　ｃ 纳米资料技能在电池中使用时,应留意相关工艺的匹配,并归纳考虑本钱,如使用资料的混配效应,而不能仅仅是资料替代的简略考虑。