纳米纤维放大招！将推进新一代电池发展

材料牛注：佐治亚理工学院的学者开发了一种纳米纤维催化剂，能有效提高电化学反应中氧析出速率。通过用钙钛矿作为催化剂的主要成分以及将催化剂制作成表面积很大的纳米纤维，这种催化剂的催化效率远大于现有催化剂，被看作是最好的催化剂之一。

定制的双钙钛矿纳米纤维催化剂加快析氧反应

佐治亚理工学院的材料研究人员开发出一种双钙钛矿型纳米纤维，可作为高效催化剂用在超快析氧反应中——该反应是氢能源和新型金属空气电池中的基础电化学过程之一。这种新型纳米纤维能够增强下一代可充电电池性能以及在电动汽车上的应用。

佐治亚理工学院材料科学与工程系的董事教授Meilin Liu表示：“金属空气电池，有望作为未来电动交通工具的动力电池，与现今电池比较，可以在更小的体积里储存更多的能量。但现有问题是电池缺少能提高性能的高效催化剂。而新的纳米纤维催化剂能改善这一过程。”

以钙钛矿为催化剂的晶体结构是这一前沿进展中很特别的一部分。Liu表示纳米纤维催化剂能降低制作电池的成本。他说：“为了储存电能，电池依旧很贵，我们需要能够使电解水过程变得很高效的催化剂，加速水分解或金属空气电池中的电化学反应。”

研究人员在合成过程中运用成分调整和共掺杂技术，实现了将催化剂固有活性提高约4.7倍。通过静电纺丝过程制备的钙钛矿型氧化物纤维直径约为20纳米，是现有报道中用静电纺丝制备的钙钛矿型氧化物纳米纤维的最小直径。

此外，研究人员发现，与现有催化剂相比，新物质显著提高了析氧反应活性。新纳米纤维的质量标准化催化活性比初始粉末催化剂提高了约72倍，比氧化铱提高了2.5倍，并被看作是现行标准中最好的催化剂。

由于纳米纤维有更大的表面积，催化剂活性大大提高。将钙钛矿结构合成为纳米纤维增强了其固有活性，也提升了作为析氧反应催化剂的效率。

根据此研究，析氧反应是储能和转化过程中最重要同时也是缓慢的步骤，通常是人们关注的重点，特别是在太阳能、电解水和充电金属空气电池开发中。

除了能应用在可充电金属空气电池开发中，新型纳米纤维催化剂还为高效燃料电池技术的进一步发展奠定基础，同时有助于建立可再生能源系统。

Liu说：“太阳能，风能，地热能这些能源已经变得不那么昂贵了。但问题是这些可再生能源本质上是间歇性的，不连续的，没有风的时候，我们就没有能源。如果我们能够储存自然中取之不尽的太阳能或风能，就可以用额外的电来生产氢气储存能量，以供我们需要时使用。”

原文链接：Nanofiber Could Lead to Next Generation Batteries.

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，侯嘉颖编译，丁菲菲审核，点我加入材料人编辑部。

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