新型納米纖維推進下一代電池發展

高效高儲能的電能存儲系統的研發是提高惠及萬家的新能源電動汽車行駛里程的關鍵技術問題之一。喬治亞理工學院的材料研究者創造了一種新型納米纖維，顯著提高水電解產氫效率，對研發下一代可充電電池具有重要作用。

20納米直徑的雙鈣鈦礦型納米纖維可被用作超快析氧反應中的高效催化劑

自然通訊雜誌於2月27日發布了一項由國家自然科學基金資助的研究，該研究描述了一種可用作超快析氧反應中高效催化劑的雙鈣鈦礦型納米纖維的研發，其中超快析氧反應是氫基能源和較新的金屬空氣電池中的一種內部電化過程。

喬治亞理工學院材料科學與工程系終身教授Meilin Liu提到：「金屬空氣電池相對於目前的電池能在更小的空間中存儲更多的能量，但問題在於這種電池缺乏有效的能提高效率的催化劑。這種新的催化劑將解決這個問題。」

鈣鈦礦是指這種催化劑的晶體結構，「這種獨特的晶體結構和這種構成形式對於增強活性和耐久度至關重要。」在合成過程中，研究人員使用了一種名為結構調整的技術，或者叫「共摻」，提高了這種催化劑約4.7倍的固有活性。這種通過靜電紡紗過程製作的鈣鈦礦氧化纖維直徑約為20納米，是目前利用該技術得到的最小直徑。

研究者發現這種新物質相對於已有催化劑具有更強的增強析氧反應的能力。該納米纖維的單位質量催化活性相對於最初的粉末催化劑提升了72倍，相對於當前最好的催化劑氧化銥提升了2.5倍。研究者稱，催化活性的提升部分由於納米纖維較大的表面積，此外，將鈣鈦礦結構合成到納米纖維中也提升了其固有活性，從而提高了析氧反應的效率。研究者在論文中提到：「這項工作不僅代表了高效持久的析氧反應電催化劑的最新進展，同時也讓我們更加了解納米結構在析氧反應中的作用。」

新型催化劑除了能被應用於可充電金屬電池，還可被用於新一代高效燃料電池的研究。Liu說道：

今天我們已經能較為容易地利用太陽，風，地熱等能量。但問題是這些自然界中的可再生能量是間歇性的。沒有風的時候就沒有了電力，但如果我們將來自於太陽或者風的富餘能量存儲起來，我們就能用這些額外的電能產生氧並將這些能量存儲起來在需要的時候再使用。這就是新型納米纖維大展身手的地方。目前存儲能量的電池仍然比較昂貴，我們需要優良的催化劑提升水電解效率，這種新發明的催化劑能加速水解離或金屬空氣電池中的電化學反應。

[CliffBao via phys]

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