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日前，記者在哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院采訪時獲悉，曹殿學(xué)教授帶領(lǐng)的新能源材料與電化學(xué)研究所研發(fā)的“微納米3D陣列電極”， 通過3D結(jié)構(gòu)設(shè)計，微納米化制備，活性材料組成的優(yōu)化，以其取代傳統(tǒng)的使用粘結(jié)劑粘合的電極，制備方法簡單，大大提高電池或電容器的性能，且具有相當(dāng)大的生產(chǎn)應(yīng)用價值，受到了該領(lǐng)域國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注，標(biāo)志著微納米結(jié)構(gòu)3D陣列電極的制備及其電化學(xué)性能研究上取得新的突破。
據(jù)介紹，燃料電池、超級電容器和鋰離子電池由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被看作是新能源汽車的主要動力來源，其開發(fā)研究倍受各國政府、學(xué)術(shù)界和企業(yè)廣泛重視。其中電極材料的研究更是重中之重，電極材料的好壞直接影響化學(xué)電池的性能。
據(jù)介紹，燃料電池、超級電容器和鋰離子電池由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被看作是新能源汽車的主要動力來源，其開發(fā)研究倍受各國政府、學(xué)術(shù)界和企業(yè)廣泛重視。其中電極材料的研究更是重中之重，電極材料的好壞直接影響化學(xué)電池的性能。
新成果制備的泡沫鎳載3D Co3O4微納米線陣列，納米線直徑約為50～250 nm、長度約為10～15 μm，單電極充放電循環(huán)測試500次后仍保持在529.7 F?g-1的高比容量。該成果采用氨誘導(dǎo)模板法，在泡沫鎳上制備了價格低廉的CuO納米片電極以及介孔Ni(OH)2電極，其中Ni(OH)2電極以電流密度為1 A?g-1恒流充放電測試時，放電比容量高達(dá)1030 F?g-1。采用水熱法制備了微米棒狀Co3O4/graphene復(fù)合物，其作為鋰離子電池負(fù)極材料的儲鋰性能研究結(jié)果表明其經(jīng)過103次循環(huán)充放電后，嵌鋰容量為1005 mAh?g-1，脫鋰容量為975 mAh?g-1，不可逆容量僅占3％，表現(xiàn)出了非常驚人的可逆性和良好的循環(huán)性能。
新成果在燃料電池方面，為降低燃料電池成本，首次通過預(yù)構(gòu)具有三維納米線陣列結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電基體，實(shí)現(xiàn)了高效催化劑的簡單制備，大大提高了貴金屬催化劑的利用率。以高溫?zé)峤獗阝伷砻孀陨L得到的C@TiO2納米棒陣列為骨架，采用電沉積法在納米棒上負(fù)載Pd，得到了Pd-C@TiO2三維微納米陣列電極。利用自還原法在泡沫鎳表面得到了粒徑大約為50 nm的Au顆粒，并以此作為直接硼氫化物-過氧化氫燃料電池的陰陽極電極,組裝的燃料電池能夠達(dá)到最大功率密度102 mW?cm-2。
新成果在反應(yīng)機(jī)理方面，首次發(fā)現(xiàn)了Co基金屬氧化物的對過氧化氫電化學(xué)氧化還原催化作用，同時發(fā)現(xiàn)了通過3D納米線結(jié)構(gòu)的設(shè)計和晶格調(diào)變，可以有效提高電極的催化活性和選擇性，初步提出堿性介質(zhì)中H2O2電還原的反應(yīng)途徑及其速度控制步驟。
據(jù)悉，新成果克服了傳統(tǒng)電極兩步制備法中需要粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑以及電活性材料利用率低等問題。同時，所提出的無碳無粘結(jié)劑的自支撐高效催化電極、Co基金屬氧化物的對過氧化氫電化學(xué)氧化還原催化機(jī)理豐富和發(fā)展了電池、電容器等化學(xué)電源理論，具有重要的工程應(yīng)用價值。這些研究成果得到了國內(nèi)外同行的高度評價，很多知名學(xué)者在研究納米線電極時都借鑒新成果提出的基本反應(yīng)理論、設(shè)計思路和制備方法，其中有3篇論文他引過百次，7篇文章進(jìn)入ESI高引用論文。
