由 Seo Hyeongtak Ajou 大学教授团队开发
亚洲大学研究团队开发出一种有望提升未来能源利用效率的二维纳米新材料。预计这一新材料可同时应用于未来能源储存技术——超级电容器以及用于制氢的阳极电极。
26日，亚洲大学表示，Seo Hyungtak 教授团队开发出一种电化学活性卓越的镍、钒、钴硒化物（Co(M)-NiSe₂?VSe₂）四元体系二维纳米片材料。
相关研究以“用于电池型超级电容器和氧气生成的同步合成 Co(M)-NiSe₂?VSe₂ 中施主掺杂的协同效应”为题，发表在化工领域期刊《化学工程期刊（Chemical Engineering Journal）》最新一期在线版上。本研究由亚洲大学工学研究所专职研究员 Qadeer Akbar Sial 博士作为第一作者参与完成。
超级电容器是一种在可持续未来能源利用中发挥关键作用的储能技术，广泛用于需要快速储能和高功率输出的应用产品，如电动汽车、便携式电子设备以及可再生能源系统。与传统二次电池不同，超级电容器可实现快速充放电，寿命长、安全性高，是一种可靠性高、效率优异的储能解决方案。通过瞬间提供爆发性功率以补充电池的超级电容器，能够优化能源系统性能，是实现向可再生能源转型不可或缺的技术。
要将氢作为核心能源，“清洁氢”的生产至关重要，而清洁氢可通过高效的水电解技术实现，即利用高效水电解生成氢气和氧气。在不产生温室气体二氧化碳的前提下，利用该技术可借助太阳能、风能、水能、地热等可再生能源对水进行分解。在这一过程中，为了以高电化学效率将水转化为氢气和氧气，需要构建兼具高电化学活性和长期反应稳定性的电极。
亚洲大学研究团队开发出一种突破性的二维纳米材料，将镍、钒、钴硒化物以花状纳米片结构进行组合。研究团队确认，该材料在混合型超级电容器和水电解产氧反应中均表现出优异性能。
研究团队通过采用以钴为电子供体的掺杂策略制备材料，并将其应用于超级电容器器件，确认在基础材料层面已具备良好的功率密度。同时，该材料以 38.73Wh·kg⁻¹ 的高能量密度，相比现有商用器件特性实现了约 90%以上的性能提升。在经历 1万次充放电循环后，该材料仍能保持 90%以上的电容，展现出卓越的电化学稳定性。
此外，研究团队还将新开发的材料应用于水电解的产氧反应阳极电极，确认其作为水分解电极材料同样具有出色性能。
研究团队通过研究表明，这些电化学特性得益于作为杂质添加技术的钴掺杂所产生的协同效应，并通过密度泛函理论（DFT）计算确认，钴掺杂会改变材料的电子能带结构，并为电荷传输提供额外的活性电子结构，从而显著提升材料的电化学活性。
项目负责人、尖端新材料工学系 Seo Hyungtak 教授表示：“此次开发的材料不仅具备优异的电化学与催化性能，同时也具有很高的长期反应稳定性。预计可应用于需要高能量与高功率密度以及卓越循环特性的电动汽车和电网系统的下一代储能系统。”
Seo 教授补充称：“除储能领域外，该材料作为制氢水电解装置中氧气析出反应（OER）的电化学催化电极的应用同样值得期待。今后我们将继续开展后续研究，以推动材料的商业化应用。”
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