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纳米材料在电池中的应用纳米的小孔径效应和外表效应与化学电源中的活性材料非常相关作为电极的活性材料纳米化后外表增大电流密度会降低极化减小导致电容量增大从而具有更良好的电化学活性特别是最富特征的一维纳米材料———纳米碳管在作为新型贮锂材料、电化学贮能材料和高性能复合材料等方面的研究已取得了重大突破因而开辟了全新的科学研究领域1 碱性锌锰电池材料11 纳米级γ-MnO2 夏熙等利用溶胶凝胶法、微乳法、低热固相反响法合成制得纳米级γMnO2用作碱锰电池正极材料发现纯度不佳但与EMD以最正确配比混合可大大提高第2当量的放电容量也就是可出现混配效应假设制得的纳米γMnO2纯度高时本身的放电容量即优于EMD12 掺Bi改性纳米MnO2 夏熙等通过参加Bi2O3合成得到改性MnO2采用纳米级和微米级改性掺BiMnO2混配的方法放电容量都有不同程度的提高并且存在一个最正确配比通过掺Bi在充放电过程中形成一系列不同价态的BiMn复合物的共复原和共氧化有效抑制Mn3O4的生成可极大地改善电极的可充性13 纳米级α-MnO2采用固相反响法合成不含杂质阳离子的纳米αMnO2粒径小于50nm其电化学活性较高放电容量比常规粒径EMD更大尤其适于重负荷放电表现出良好的去极化性能具有一定的开发和应用潜力14 纳米级ZnO 碱锰电池中的电液要参加少量的ZnO以抑制锌负极在电液中的自放电ZnO在电液中的分散越均匀越有利于控制自放电纳米ZnO在我国已应用于等方面由于碱锰电池朝着无汞化开展采用纳米ZnO是可选择的方法之一应用的关键是要注意纳米ZnO材料的外表改性问题15 纳米级In2O3In2O3是碱锰电池的无机代汞缓蚀剂的选择之一目前已开发并生产出无汞碱锰电池用高纯纳米In2O3该材料具有比外表积大分散性好缓蚀效果更佳的特点应用于无汞碱锰电池具有良好的抑制气体产生的作用2 在MH/Ni电池中的应用21 纳米级NiOH2 周震等人用沉淀转化法制备了纳米级NiOH2并发现纳米级NiOH2比微米级NiOH2具有更高的电化学反响可逆性和更快速的活化能力采用该材料制作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利用更充分而且显示出放电电位较高的特点赵力等人用微乳液法制备纳米βNiOH2粒径为40~70nm该方法较易控制纳米颗粒粒径大小并且所制得的纳米材料呈球型或椭球形适用于某些对颗粒状有特殊要求的场合如作为氢氧化镍电极的添加剂按一定比例掺杂可使NiOH2的利用率显著提高尤其当放电电流较大时利用率可提高12%22 纳米晶贮氢合金 陈朝晖等利用电弧熔炼高能球磨法制备出纳米晶LaNi5
[6]平均粒径约20nm采用该材料制备的电极与粗晶LaNi5制备的电极相比具有相当的放电容量更好的活化特性但其循环寿命较短3 锂离子电池材料31 阴极材料———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长平台在39V处有明显提高放电平台的效果循环稳定性也大为提高但未见有混配效应低热固相反响法合成纳米LiCoO2发现了混配效应:以一定比例与常规LiCoO2进行混配做成电池测试充电容量可达132mAh/g放电容量为125mAh/g放电平台在39V由于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性能比常规LiCoO2明显提高显示出较好的性能32 纳米阳极材料 中国科学院成都有机化学研究所“碳纳米管和其它纳米材料”的研究工作取得了阶段性成果制得的碳纳米管层间距离为034nm略大于石墨的层间距0335nm这有利于Li+的嵌入和脱出它特殊的圆筒状构型不仅可使Li+从外壁和内壁两方面嵌入而且可防止因溶剂化Li+的嵌入引起石墨层剥离而造成负极材料的损坏实验说明用该材料作为添加剂或单独用作锂离子电池的负极材料均可显著提高负极材料的嵌Li+容量和稳定性中国科学院金属研究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究说明用纳米碳管作为电极比容量可到达1100mAh/g且循环性能稳定科技大学用多孔的沸石晶体作载体首次成功研制出尺寸最小全球最细且排列规整的04nm单壁纳米碳管继而又发现在超导温度15℃以下呈现出特殊的一维超导特性4电容器材料 由可充电电池和电容器共同组合的复合电源系统引起了人们的浓厚兴趣特别是环保电动汽车研究的兴起这种复合电源系统可在汽车启动、爬坡、刹车时提供大功率电源因而可以降低电动车辆对蓄电池大功率放电的限制要求大大延长蓄电池循环使用寿命从而提高电动汽车的实用性近年来以纳米碳管为代表的纳米碳材料的研究和作为电极材料的应用为更高性能的电化学超级电容器的研究开辟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原料再采用添加粘结剂或高温热压的工艺手段制备碳纳米管固体电极通过适当的外表处理制得的碳纳米管电极具有极高的比外表积利用率用纳米碳管和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左右清华大学已经制备出电容量达100F的实验室样品在充分利用纳米材料的外表特性和中空结构上纳米碳管是目前最理想的超级电容器材料5 结束语 a材料的先进性必然会推动电池的先进性因此纳米材料技术在电化学领域具有十分广阔的前景不仅可使传统的电池性能到达一个新的高度更有望开发出新型的电源 b由于纳米材料的研究目前大多处于实验室阶段因此如何制得粒径可控的纳米颗粒解决这些颗粒在贮存和过程中的团聚问题简化合成方法降低是今后实用化应注意的问题 c纳米材料技术在电池中应用时应注意相关工艺的匹配并综合考虑本钱如利用材料的混配效应而不能仅仅是材料取代的简单考虑模板内容仅供参考 。