納米級分子塊構(gòu)建儲能材料 用于超級電容器

　　稀有金屬元素鈮的分子可作為分子構(gòu)建塊，用于電化學(xué)儲能材料設(shè)計。據(jù)外媒報道，瑞典于默奧大學(xué)（Ume? University）化學(xué)系的Mark Rambaran提出一種方法，利用含有納米尺寸鈮分子的水性溶液（稱為多鈮酸鹽，polyoxoniobates）來生產(chǎn)固體材料。

　　Mark Rambaran表示：“這些多鈮酸鹽是水溶性的，可以大量合成。就像孩子堆樂高積木一樣，它們可以充當(dāng)分子構(gòu)建塊，用于制造多種材料。這些材料可用于超級電容器等設(shè)備，以優(yōu)化鋰離子存儲?！?/P>

　　通過微波照射，可以合成多鈮酸鹽。相對于傳統(tǒng)水熱法，這種方法快速而有效。Mark Rambaran表示：“利用微波照射，15分鐘即可完成相關(guān)過程。比起以前使用的水熱法（需要18小時），時間要短得多?！?/P>

　　這種納米尺寸分子可以在水中溶解，并通過旋涂沉積至五氧化二鈮（niobium pentoxide）薄膜上。將這些薄膜加熱至200-1200°C，可使表面具有不同的耐腐蝕性和電化學(xué)特性。在更高的溫度下，這些薄膜會結(jié)晶，并對非?；镜臈l件具有耐受性，而且這些薄膜總是具有抗酸性。這種方法有利于沉積具有不同結(jié)晶度、厚度和粗糙度的無堿金屬氧化物薄膜。Mark Rambaran表示：“因為能夠制造五氧化二鈮薄膜，測試贗電容性能變得更加容易。這有助于開發(fā)電化學(xué)儲能設(shè)備，比如超級電容器?！?/P>

　　受益于五氧化二鈮晶體的原子排列，其中的通道可以輕松容納儲存和釋放的鋰離子，使循環(huán)次數(shù)超過10萬次。因此，將其用于超級電容器，提供電化學(xué)儲能，有可能取代典型的鋰離子電池。

　　鋰離子電池的電荷儲存能力有限，充放電時間長達10分鐘以上。相比之下，超級電容器的充電時間僅需10秒，可以快速而有效地提供能量。此外，使用水溶性多鈮酸鹽來制備金屬氧化物薄膜，是一種簡單溫和的方法，可以避免使用有害的起始材料，如五氯化鈮或五氟化鈮。Mark Rambaran表示：“為了減緩氣候變化，人們?nèi)找骊P(guān)注開發(fā)新的儲能材料。因此，需要改進太陽能/燃料電池及電池的制造方法，以提升電化學(xué)儲能能力，同時保持環(huán)境友好性。”

　　在電化學(xué)儲能方面，超級電容器被視為可與鋰離子電池相媲美，甚至有望取代鋰離子電池。目前，超級電容器的應(yīng)用包括電動汽車、混合動力電動汽車、有軌電車、火車、消費電子產(chǎn)品等。