納米纖維放大招！將推進新一代電池發展

材料牛注：佐治亞理工學院的學者開發了一種納米纖維催化劑，能有效提高電化學反應中氧析出速率。通過用鈣鈦礦作為催化劑的主要成分以及將催化劑制作成表面積很大的納米纖維，這種催化劑的催化效率遠大于現有催化劑，被看作是最好的催化劑之一。

定制的雙鈣鈦礦納米纖維催化劑加快析氧反應

佐治亞理工學院的材料研究人員開發出一種雙鈣鈦礦型納米纖維，可作為高效催化劑用在超快析氧反應中——該反應是氫能源和新型金屬空氣電池中的基礎電化學過程之一。這種新型納米纖維能夠增強下一代可充電電池性能以及在電動汽車上的應用。

佐治亞理工學院材料科學與工程系的董事教授Meilin Liu表示：“金屬空氣電池，有望作為未來電動交通工具的動力電池，與現今電池比較，可以在更小的體積里儲存更多的能量。但現有問題是電池缺少能提高性能的高效催化劑。而新的納米纖維催化劑能改善這一過程。”

以鈣鈦礦為催化劑的晶體結構是這一前沿進展中很特別的一部分。Liu表示納米纖維催化劑能降低制作電池的成本。他說：“為了儲存電能，電池依舊很貴，我們需要能夠使電解水過程變得很高效的催化劑，加速水分解或金屬空氣電池中的電化學反應。”

研究人員在合成過程中運用成分調整和共摻雜技術，實現了將催化劑固有活性提高約4.7倍。通過靜電紡絲過程制備的鈣鈦礦型氧化物纖維直徑約為20納米，是現有報道中用靜電紡絲制備的鈣鈦礦型氧化物納米纖維的最小直徑。

此外，研究人員發現，與現有催化劑相比，新物質顯著提高了析氧反應活性。新納米纖維的質量標準化催化活性比初始粉末催化劑提高了約72倍，比氧化銥提高了2.5倍，并被看作是現行標準中最好的催化劑。

由于納米纖維有更大的表面積，催化劑活性大大提高。將鈣鈦礦結構合成為納米纖維增強了其固有活性，也提升了作為析氧反應催化劑的效率。

根據此研究，析氧反應是儲能和轉化過程中最重要同時也是緩慢的步驟，通常是人們關注的重點，特別是在太陽能、電解水和充電金屬空氣電池開發中。

除了能應用在可充電金屬空氣電池開發中，新型納米纖維催化劑還為高效燃料電池技術的進一步發展奠定基礎，同時有助于建立可再生能源系統。

Liu說：“太陽能，風能，地熱能這些能源已經變得不那么昂貴了。但問題是這些可再生能源本質上是間歇性的，不連續的，沒有風的時候，我們就沒有能源。如果我們能夠儲存自然中取之不盡的太陽能或風能，就可以用額外的電來生產氫氣儲存能量，以供我們需要時使用。”

原文鏈接：Nanofiber Could Lead to Next Generation Batteries.

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，侯嘉穎編譯，丁菲菲審核，點我加入材料人編輯部。

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