Потенциал монтмориллонита в области новой энергетики
Монтмориллонит (ММТ) — слоистый силикатный минерал. В его структуре высоковалентные атомы алюминия в алюмокислородных октаэдрах легко замещаются атомами с меньшей валентностью, что приводит к возникновению отрицательного заряда между слоями. Для поддержания стабильности межслоевой структуры монтмориллонит адсорбирует из окружающей среды такие катионы, как Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ и K+. Эта характеристика обеспечивает монтмориллониту высокую адсорбционную и катионообменную способность. Уникальная структура и обменная емкость наделяют монтмориллонит значительным потенциалом для применения в области новых энергетических технологий.
Материалы для литиевых аккумуляторов
(1) Для твердотельных электролитов
Многочисленные исследования показали, что монтмориллонит (ММТ), как новый неорганический наполнитель, может значительно улучшить ионную проводимость и механические свойства твердых полимерных электролитов (ТПЭ).
(2) Создание искусственных слоев SEI
В пленках искусственного твердого электролита (SEI) слоистый монтмориллонит-литий (Li-MMT) придает слою SEI хорошие механические свойства и создает каналы для переноса Li+, что способствует подавлению роста литиевых дендритов. Благодаря быстрым каналам Li+ в Li-MMT, полный элемент Li-LiFePO4, собранный со слоем SEI Li-MMT, демонстрирует превосходные скоростные характеристики и сохраняет высокую емкость 90,6% после 400 циклов при токе 1С.
(3) Оптимизация сепаратора
MMT используется для оптимизации сепараторов благодаря своим превосходным адсорбционным свойствам. По сравнению с коммерческими полиэтиленовыми сепараторами, модифицированный Li-MMT сепаратор имеет более высокую концентрацию Li+ на границе раздела электрод/электролит, что снижает селективное осаждение лития, снижает локальную плотность тока и подавляет рост дендритов.
(4) Оптимизация жидких электролитов
В системах литий-металлических аккумуляторов, по сравнению с электролитами на основе ПЭО, монтмориллонит проявляет более сильное сродство к металлическому литию, имея дзета-потенциал +26 мВ, что способствует обогащению ионов лития вблизи поверхности монтмориллонита. При адсорбции и отделении ионов лития перенапряжение несколько увеличивается до -57,7 мВ, что способствует миграции ионов лития из монтмориллонита и их осаждению на поверхности медного токосъемника.
(5) Материалы-носители
Суперконденсаторы
Материалы-шаблоны
Некоторые природные минералы имеют специфическую морфологию, например, аттапульгит, монтмориллонит, галлуазит и диатомит, которые обычно используются в качестве шаблонов для синтеза пористых углеродных материалов с заданной морфологией. Кроме того, с помощью метода минеральных шаблонов можно синтезировать проводящие полимеры с заданной морфологией. (2) Материалы-носители электродов
Для получения активных материалов со специфической морфологией, а также для повышения удельной емкости и повышения стабильности при циклировании, активные материалы можно наносить на поверхность таких минералов, как монтмориллонит и галлуазит.
Материалы для хранения метана
В настоящее время исследователи изучают возможность использования адсорбционной технологии хранения природного газа, которая является экономичной, удобной и безопасной, в качестве альтернативы традиционным технологиям хранения сжатого и сжиженного природного газа. Исследования показали, что глинистые минералы играют положительную роль в формировании и разработке месторождений сланцевого газа и обладают способностью к хранению газа.
Электрокаталитические материалы
Электрокатализ — это тип катализа, ускоряющий реакции переноса заряда на границе раздела электрод/электролит, и широко применяется в таких областях, как электрохимическое выделение водорода, выделение кислорода и восстановление оксидов азота (NOx). Глинистые минералы, такие как монтмориллонит, широко используются в качестве носителей для компонентов фотоэлектрокаталитических электродных реакций для предотвращения агрегации частиц, повышения стабильности молекул сенсибилизатора и повышения селективности реакции.
Материалы для хранения тепловой энергии с фазовым переходом
Материалы для хранения тепловой энергии с фазовым переходом (PCM) — это новый тип функциональных материалов, использующих поглощение или выделение тепла при фазовом переходе для накопления и высвобождения тепловой энергии. Природные минералы играют важную роль в области хранения тепловой энергии с фазовым переходом. С одной стороны, сами по себе природные минералы являются превосходными неорганическими материалами для хранения тепловой энергии с фазовым переходом и могут быть переработаны в высокоэффективные материалы для хранения тепловой энергии с фазовым переходом после добавления соответствующих зародышеобразователей и загустителей. С другой стороны, пористая структура минералов может служить отличным носителем для материалов для хранения тепловой энергии с фазовым переходом.