Understanding supercapacitors based on nano-hybrid materials with interfacial conjugation

The recent fast development of supercapacitors,also known scientifically as electrochemical capacitors,has benefited significantly from synthesis,characterisations and electrochemistry of nanomaterials.Herein,the principle of supercapacitors is explained in terms of performance characteristics and charge storage mechanisms,i.e.double layer(or interfacial) capacitance and pseudo-capacitance.The semiconductor band model is applied to qualitatively account for the pseudo-capacitance in association with rectangular cyclic voltammograms(CVs) and linear galvanostatic charging and discharging plots(GCDs),aiming to differentiate supercapacitors from rechargeable batteries.The invalidity of using peak shaped CVs and non-linear GCDs for capacitance measurement is highlighted.A selective review is given to the nano-hybrid materials between carbon nanotubes and redox active materials such as electronically conducting polymers and transition metal oxides.A new concept,"interfacial conjugation",is introduced to reflect the capacitance enhancement resulting from π-π stacking interactions at the interface between two materials with highly conjugated chemical bonds.The prospects of carbon nanotubes and graphenes for supercapacitor applications are briefly compared and discussed.Hopefully,this article can help readers to understand supercapacitors and nano-hybrid materials so that further developments in materials design and synthesis,and device engineering can be more efficient and objective.     

混合型电容器研究进展

混合型电容器是一种介于超级电容器和二次电池之间的新型储能装置,是现代电子、交通等行业理想的动力电源.根据电极组合的不同,将混合型电容器分为以下三种类型,它们分别是双电层电容器电极与法拉第电容器电极的组合、传统二次电池电极与双电层电容器电极的组合以及电解电容器的阴极与超级电容器电极的组合.混合型电容器与传统超级电容器相比,在能量密度和工作电压上均得到了较大的提高.着重介绍几种性能优异的混合型电容器及其未来的发展趋势.     

MXene材料储能应用研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物,具有类似石墨烯的二维结构.MXene因其独特的物理和化学特性,以及在储能、催化、电子与光电子等领域中的良好应用前景而受到广泛关注.介绍了MXene材料的制备、表征以及在锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池和超级电容器等储能器件上的最新研究成果.最后,对MXene材料的未来发展和挑战进行了介绍.     

碳纤维在不同电解质溶液中的电化学特性

研究了碳纤维在无机酸及其相应盐溶液中的循环伏安特性.结果表明,碳纤维在酸性溶液中呈现出最大的双电层充电电流,在碱性溶液中的双电层充电电流较中性溶液中小.碳纤维在酸性溶液中经过电化学氧化可以形成比在碱性和中性溶液中多的表面氧化产物.     

氯化钠盐渍砂土电化学特性的试验研究

为分析盐含量对氯化钠盐渍砂土电化学特性的影响,通过配置4组不同浓度的氯化钠溶液与标准砂混合形成氯化钠盐渍砂土。采用CS350电化学工作站获取氯化钠盐渍砂土的电化学阻抗谱图,运用Zview、ZsimDemo进行拟合其等效电路,研究各个参数的变化规律及探讨其机理分析。结果表明:不同盐含量对氯化钠盐渍砂土的Nyquist图均影响较小,均表现为高频区的平扁容抗弧半圆和低频区的近45°斜线的图谱特征;且随着盐渍砂土中氯化钠含量的增加,容抗弧和扩散半径都呈减小的趋势。Bode图中阻抗模值随着盐渍砂土中氯化钠含量的增加和频率的增大都表现为减小的趋势。通过计算、分析和模拟其等效电路,得到盐渍砂土的等效电路元件主要包括:溶液电阻、砂土多孔层电容和电阻、固液界面形成的双电层电容和法拉第阻抗。由于氯化钠含量增大,盐渍砂土的孔隙溶液离子浓度上升,可自由移动的正负离子增多,致使体系中的电荷分离以及电荷转移等过程更加容易,促使体系反应速度加快,表现出溶液电阻、多孔层电阻和电荷转移电阻均呈减小趋势,导电能力增强,多孔层电容和双电层电容均呈增加趋势,储存电荷能力增强。     

电动汽车用动力锂离子二次电池系统性能的研究

采用尖晶石锰酸锂和以锰为主的多元金属氧化物正极材料分别研制了Mn 系正极高功率和高容量动力锂离子二次电池, 研究并比较了Mn 系动力电池与海内外几家公司制造的LiFePO₄动力电池的电化学性能。结果表明Mn 系高容量和高功率动力电池不仅具有高能量密度、优越 的高低温与倍率充放 电特性、热稳定性良好, 同时电池的 SOC-OCV 线性关系还有利于管理系统的控制, 因此该类动力电池会成为今后动力电池的一个重要发展方向。     

Nano-sized transition-metal oxides as negative-electrode materials for lithium-ion batteries

Rechargeable solid-state batteries have long been considered an attractive power source for a wide variety of applications, and in particular, lithium-ion batteries are emerging as the technology of choice for portable electronics. One of the main challenges in the design of these batteries is to ensure that the electrodes maintain their integrity over many discharge-recharge cycles. Although promising electrode systems have recently been proposed, their lifespans are limited by Li-alloying agglomeration or the growth of passivation layers, which prevent the fully reversible insertion of Li ions into the negative electrodes. Here we report that electrodes made of nanoparticles of transition-metal oxides (MO, where M is Co, Ni, Cu or Fe) demonstrate electrochemical capacities of 700 mA h g(-1), with 100% capacity retention for up to 100 cycles and high recharging rates. The mechanism of Li reactivity differs from the classical Li insertion/deinsertion or Li-alloying processes, and involves the formation and decomposition of Li2O, accompanying the reduction and oxidation of metal nanoparticles (in the range 1-5 nanometres) respectively. We expect that the use of transition-metal nanoparticles to enhance surface electrochemical reactivity will lead to further improvements in the performance of lithium-ion batteries.     

无汞碱锰电池锌负极的研究（Ⅱ）

在碱性锌锰电池负极铜集电体表面用化学方法分别沉积致密的铟、锌、锡单层和锌铟、锡、铟、锌锡双层金属。用动态析氢实验表征,发现沉积单、双层金属的集电体在含锌粉的7．0mol/L KOH溶液体系中的析氢量比无沉积层的铜集电体析氢量要小,其中沉积锌铟、锡铟双层的析氢量最小,与用循环伏安和极化曲线方法测试金属集电体的电化学行为的结果一致。在相同的条件下,将沉积不同镀层的集电体装配成电池进行放电,实验结果表明：集电体表面化学沉积铟、锌、锡单层或锌铟、锡铟、锌锡双层金属用来生产无汞碱锰电池的放电性能均超过这类电池的国家行业标准QB1185－01中的要求。     

电化学电容器过渡金属氧化物电极材料的制备方法

综述了近年来电化学过渡金属氧化物电极材料电容器制备方法、讨论了这些方法的优缺点.通过对这些方法的比较,指出溶胶凝胶法最适合制备具有准电容特征的电化学电容器金属氧化物电极材料.     

掺杂LaNiO3型双功能氧电极的电化学性能

双功能氧电极的开发是二次空气电池的关键问题,以开发高性能的双功能氧电极为目的,制备了 LaNi1-yMyO3(M=Co,Fe;y=0,0．2)钙钛矿氧化物作为双功能氧电极的电催化剂,以活性碳为载体,聚四氟乙烯乳液为粘接剂制备双功能氧电极．采用三电极体系测试了氧电极的稳态极化曲线和电化学交流阻抗谱,并对其阴极极化和阳极极化的交流阻抗谱图进行分析．通过等效电路的拟合研究了该系列双功能氧电极氧还原反应的工作机理．结果表明,对于LaNiO3化合物,B位掺杂可显著提高催化剂的电催化性能,电极氧还原反应的极化主要由电荷转移反应和Nernstian扩散过程造成．     

垃圾填埋场中酸可挥发性硫与重金属的结合特性

酸可挥发性硫（AVS）对于控制重金属在沉积物/间隙水中的分配和重金属的生物可利用性和迁移性有重要意义.填埋场环境与海洋底泥环境相似,因此可以参考沉积物中n（AVS）/n（同步浸提金属,SEM）的测定方法测定填埋层垃圾n（AVS）/n（SEM）,发现n（AVS）/n（SEM）＜5%.SEM形态分析表明：SEM超出AVS的部分被其他的重金属结合相结合,AVS与Cu,Ni和Zn结合优先于铁氧化物结合态、锰氧化物结合态、碳酸盐结合态和可交换态;Cd和Pb与AVS结合优先于有机物结合态、锰氧化物结合态、碳酸盐结合态和可交换态.AVS的存在有利于重金属固定于填埋层中.     

In Situ XRD and XAS Investigation of Cathode Materials in Li-ion Battery

1 Results Lithium ion batteries have been widely used in modern portable electronics,such as cellular phones and notebook computers,because of their low cost,long life,and high energy density.In the lithium ion batteries,the cathode provides lithium ion source and plays a critical role to determinate the performance of battery.Lithium transition metal oxides have been investigated as active cathode materials due to their high potential versus Li/Li and large proportion of the lithium ions can be insert...     

Novel Megalo-capacitance Capacitor Using Graphitic Carbons

1 Results During the past years,EDLC (electric double layer capacitors) using activated carbon (AC) as polarizable electrodes have receive great attention in the electric energy storage community because of the advantages of high power density,long cycle life and benignity towards environment,etc..However,one disadvantage must be solved before its further applications.That is the low energy density.Many attempts have been tried to increasing the surface area between 1 000-2 000 m2/g using alkaline or wa...     

A Template Roure to Prepare Nanowire Arrays of Amorphous Cabon Nanotube-coated Single Crystal Tin Dioxide

1 Results Tin oxide is an important n-type semiconductor of wide band due to its numerous potential applications in resistors, gas sensors, dye-based solar cells, and transparent conducting coatings for glasses and electrodes. It is also prospective anode material for high-energy density lithium ion batteries[1]. So far much work has been conducted on one-dimensional (1-D) metal oxides because their large ratio of surface/volume and their congruence of the carrier screening length with their lateral dim...     

复合金属氧化物正极材料 Li(CoxNiyMn1-x-y)O2高功率锂离子动力电池的试制及电化学性能的研究

用化学方法合成用于锂离子动力电池正极的新型高电压高容量复合金属氧化物材料Li(Co_xNi_yMn_1-x-y)O₂试制了具有良好热稳定性的高功率 8 Ah 锂离子动力 电池。在研究了该电池的电化学性能后, 研制了用于混合动力电动车辆的电池系统并进行了车载实验。结果表明该 电池系统在深度放电条件下不仅显现出十分优越的循环性能和一致性, 经过模拟工况测试后的数据还表明单体电池升温最高仅为 5℃, 即电池系统还具有良好的热稳定性, 因此该电池系统是适合用于混合动力电动汽车的。     

超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置。简述了不同电极材料的超级电容器的工作原理,综述了近年来超级电容器电极材料的研究进展以及现状,并探讨了其发展方向和研究重点。     

稀土应用于电化学储能的研究进展

储能是实现清洁能源替代传统化石能源的关键,其核心是开发高效储能材料,其中稀土材料由于独特的电子结构,在电化学储能各领域显示出了巨大应用的前景.主要综述了稀土在铅酸蓄电池、镍氢电池、固体氧化物燃料电池(SOFC)、锂离子电池、超级电容器和锂硫电池中的研究和应用现状,期望发展系统功能材料合成和组装技术,拓展其在未来储能中的应用.     

双金属复合氧化物再生及重复插层性能的研究

文中以锌铝复合氧化物和镁铝复合氧化物为主体,对苯二甲酸和2,5-吡啶二甲酸为客体,分别将锌铝复合氧化物与对苯二甲酸及镁铝复合氧化物与2,5-吡啶二甲酸进行多次煅烧及重复插层反应,并利用元素分析、X射线衍射(XRD)、热重差热(TG-DTA)及比表面(BET)测试技术对部分样品进行了表征,研究结果表明,这两种双金属复合氧化物均具有良好的再生及重复插层使用性能。     

平抑风电功率波动的双配置混合储能系统控制策略

风电功率具有波动性,不利于电力系统正常运行,因此构建了由两组超级电容器和两组蓄电池组成的双配置混合储能系统,用以平抑波动。两组超级电容器根据实时荷电状态交替补偿高频正、负功率波动,分别处于充、放电状态;当任意一组达到荷电状态上限约束值或下限约束值,则同时切换两组超级电容器的充放电状态,保证其处于不同的工作状态。两组蓄电池采用同样的控制策略,用于补偿低频正、负功率波动。最后,对某风电场历史数据进行仿真分析,结果表明,该方案可有效提高储能装置利用效率,降低其容量配置;并且大幅度降低了储能装置充放电切换次数,提高了循环使用寿命。     

锂离子电池二氧化锡负极材料研究进展

由于以碳为负极材料的锂离子电池(LIBs)已很难满足高性能电子产品对高能量密度的需求,因此研究新的锂离子电池负极材料成为近年来主要的研究方向。在金属氧化物中,二氧化锡(SnO_2)以其较高的理论比容量(782 mAh/g)引起了广泛的关注。首先概述了SnO_2的不同形貌如纳米颗粒、纳米棒、纳米片、纳米微球等在锂离子电池方面的特性;然后阐述了通过掺杂或修饰改善其结构及电化学性能;最后展望了SnO_2基负极材料的纳米结构设计与改进在锂离子电池领域面临的挑战。