超级电容器电极材料研究进展

超级电容器因其高功率密度、长循环寿命,兼具传统电容高功率密度和电池高能量密度的优点,引起了人们的极大关注.超级电容器电极材料种类繁多,按储能原理可以分为双电层超级电容器、赝电容超级电容器和电池型超级电容器三类.双电层超级电容器介绍了几类主流的双电层电极材料的研究现状,同时很多研究者将赝电容电极材料和电池型电极材料混为一谈,本文对这两类材料的不同从原理上进行了区分,介绍各自的代表性材料,最后展望了超级电容器电极材料未来发展趋势.     

超级电容器过渡金属氧化物电极材料研究进展

与传统电容器相比,超级电容器具有循环性能优异、大倍率充放电特性好、能快速充放电和环境友好等优点,目前在众多领域中都受到了研究者的关注.超级电容器电极材料主要包括3大类,即碳基电极材料、过渡金属氧化物电极材料及导电聚合物电极材料.鉴于超级电容器具有广阔的应用前景,综述了超级电容器过渡金属氧化物电极材料的研究现状,并对其今后可能的发展方向进行探讨.     

超级电容器电极材料的最新研究进展

电极材料是决定电容器性能的重要因素,高性能电极材料的开发是超级电容器研发的重点. 单一电极材料在能量密度、功率密度、工作电压、价格等方面均有一定缺陷,已经满足不了高性能超级电容器发展的需要. 复合或混合型电极材料可以显著提高超级电容器的综合性能,已经成为超级电容器电极材料发展的主要趋势.     

超级电容器用钒基纳米电极材料的研究进展

超级电容器因其优越的性能已成为近些年的研究热点.电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键,研究者们对各种超级电容器电极材料进行了广泛的研究.钒元素具有可变价态,使得钒基化合物具有理论比容量高、电化学可逆性良好等优点,是一类极具潜力的超级电容器电极材料.为了提升钒基电极材料的电化学性能,研究者们将其制备为纳米结构,或进一步与其他材料复合制备纳米复合材料.归纳总结了近年来国内外对零维、一维、二维、三维钒基纳米材料作为超级电容器电极材料的研究进展,以期为超级电容器用钒基纳米电极材料的发展提供参考.     

铁基超级电容器电极材料及器件

自然界中含量丰富的铁具有多种氧化态,因此铁元素存在多种化合物和合金形式.铁基赝电容电极材料通过表面可逆的法拉第氧化还原反应储存电能.由于铁基电极材料表面的强吸附性和高反应活性,铁基超级电容器引起了研究者的广泛兴趣.本文主要介绍了几种被广泛研究的铁基超级电容器电极材料及其器件,并对能够提高超级电容器比容量的铁基胶体离子超级电容器电极材料和铁基氧化还原电解质进行了分析,讨论了铁基超级电容器面临的挑战和亟待解决的问题.通过原位表征技术探究铁基超级电容器的失效机制,发掘其构效关系,有望开发出具有高能量密度和稳定性的铁基超级电容器,同时构建新型能量储存设备.     

超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器作为一种新型的电化学储能元件,以充放电效率高、循环寿命长等优点引起研究者的大量关注,而电极材料是决定超级电容器性能的一个关键性因素。常见的电极材料主要有:碳材料、金属化合物材料和导电聚合物材料三大类。当它们单独作为超级电容器电极材料时,碳材料展现高功率密度和优异的循环稳定性,但其比电容较低;而金属化合物和导电聚合物材料具有高比电容,但由于它们导电性差,致使其循环稳定性和倍率性能较差。因此,超级电容器电极材料的研究关注点是碳材料与其他材料组成复合材料,以制备出兼具高比电容、良好循环稳定性和倍率性能的超级电容器电极材料。     

碳基超级电容器研究进展

作为一种绿色环保的新型储能装置,超级电容器近年来发展迅速,电极材料是决定超级电容器性能与制造成本的最主要因素。碳材料因种类多样、价格廉价并具有较高的比表面积、较高的导电率和非常好的化学稳定性而被作为一种重要的电极材料广泛应用于储能元件中,主要包括活性碳、碳微球、碳纳米管、石墨烯等。碳基超级电容器是以碳材料作为主要电极材料的一类电容器。本文详细介绍了不同碳基电极材料的研究发展状况,以及碳基超级电容器的研究与应用进展。     

超级电容器电极材料的结构设计

超级电容器由于具有功率密度大和循环寿命长的优势受到了广泛的关注.电极材料是超级电容器的核心部分,是发展高性能超级电容器的关键要素.电极材料的组成、晶体结构、微纳结构形态等对其电化学性能具有重大影响.赝电容电极材料的性能与晶体内部的孔道结构密切相关,具有大孔道的电极材料其比容量明显高于只含有小孔道的电极材料.合理调控电极材料微纳结构形态如设计多孔结构、中空结构有利于增大电极的电化学活性表面,进而获得更多的电荷存储量,是提高储能性能的有效途径之一.将赝电容电极材料与导电基体复合生长可以提高材料整体的电导率,进而提高材料的比容量与倍率性能.通过对超级电容器电极材料结构的合理设计进而实现其储能性能的提高已经成为电化学储能领域的研究热点,对于推动超级电容器的发展具有重要意义.     

基于超级电容器的TiN@CNTF电极制备及性能研究

超级电容器因其独特的性能在便携式、可穿戴电子器件领域有着很大的应用潜力。目前对超级电容器的研究主要集中在对超级电容器电极材料的研究上。碳纳米管纤维具有电导率高、力学性能好、柔韧性高等优点,是超级电容器的理想电极材料。但是,碳纳米管纤维电容量的提升被其较小的比表面积所限制。通过在碳纳米管纤维表面生长三维阵列能够有效提高碳管纤维的比表面积,从而增大电容量。因此,采用水热法,在碳纳米管纤维表面成功生长TiO2纳米阵列,并通过氨气氮化获得了TiN@CNTF电极材料。采用三电极测试TiN@CNTF电极在Na2SO4溶液中的比电容达到215.5mF/cm2,有望作为一种柔性超级电容器的负极材料得到应用。     

过渡金属材料的电化学储能性能研究

超级电容器是一种电化学能量储存设备,具有功率密度高、充放电速率快、寿命长等优点.依照反应机理,电化学电容可以区分为双电层电容和赝电容.赝电容超级电容器的能量密度高于双电层电容器.过渡金属氧化物和氢氧化物是一类重要的赝电容器电极材料.为了提高赝电容器的性能,大量的研究工作集中在设计具有特殊结构和尺寸的过渡金属氧化物和氢氧化物电极材料方面.作者综述了电极材料的设计、制备以及性能等方面的研究进展,总结了过渡金属的氧化物和氢氧化物在超级电容器方面的研究与应用.     

多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合分析

具有良好化学稳定性及较高存储容量的多孔材料在锂离子电池及超级电容器中有广泛的应用,但已有的扩散-应力耦合模型大多忽略多孔材料的微观结构.基于此,建立考虑孔隙率和迂曲度的多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合模型.针对Mn_2O_4电极进行恒压充电下的数值计算,探讨孔隙率和迂曲度系数对锂离子浓度、径向应力、环向应力及体积应变的影响,并将模型结果与他人结果进行对比.数值结果表明:迂曲度系数越大,电极中锂离子的扩散越差、体积应变越小且径向应力和环向应力越大;孔隙率越大,电极中的锂离子浓度和体积应变越大但径向应力和环向应力越小;多孔电极结构更有利于提高嵌锂能力.因此,应选择孔隙率大且迂曲度系数小的材料作为高存储容量的电极材料.     

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.     

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.     

Nanostructured Ion Storage Electrode Materials for Lithium Batteries and Supercapacitors

1 Results Performance of lithium-ion batteries, electrochemical capacitors, and other electric-energy storage devices is not only determined simply by macroscopic chemical composition of their electrode, but also strongly affected by shape and size of the active materials. Nanostructured materials are distinguished from conventional polycrystalline materials by the nanometer size of the structural units that compose them, and they often exhibit properties that are drastically different from the conventi...     

Series multilayer internal electrodes for high energy density glass-ceramic capacitors

The glass-ceramic dielectrics and internal electrode structures are investigated for improving the general energy storage density of capacitors. Calculation indicates that glass-ceramics acquired from glass matrix annealing at 850℃ for 3 hours can be approximately up to 17 J/cm3 in energy storage density. They are appropriately chosen as the dielectrics for preparing high energy storage density capacitors （HESDCs）. A series multilayer structure of internal electrode is developed for the HESDCs, in which each layer is a combination of gold film and silver paste. This electrode structure promises the capacitor immune from the residual porosity defects inevitably brought by electrode paste sintering process, and specifically improves the electrical breakdown strength of the capacitor. Based on this new electrode structure, the energy storage densities of capacitors are increased by more than one order of magnitude compared with those traditional ones with only single layer of internal electrode. Thus, HESDCs based on the optimized glass-ceramic dielectrics can potentially achieve 7.5 J/cm3 in energy storage density, even taking into consideration the enlargement of total capacitor volumes while encapsulating practicable capacitors from dielectrics media.     

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。     

镍基电极材料在超级电容器中的制备与应用

Ni因其价格低廉和对环境友好,被视为具有发展潜力的超级电容器电极材料之一;且它与其他电极材料复合可以有效阻止团聚反应的发生,能大大改善材料的电化学性能。近年来Ni的（氢）氧化物与碳材料、聚合物等复合制备新的电极材料已经成为储能领域研究的热点。介绍了Ni的化合物作为电极材料储能的机制以及在复合电极材料中的应用,综述了近年来国内外报道的各类镍基复合电极材料的研究进展,并对其今后的发展趋势进行了展望。     

Proton Conducting Polymer Electrolytes and Its Applications

1 Introduction Proton conducting solid polymer electrolytes have been extensively studied due to their potential applications in electrochemical devices such as batteries, super capacitors, electrochromic windows, sensors etc~([1,2]). Many researchers have studied the behaviour of inorganic based polymer electrolytes as proton conductors and their applications in solid state devices at room temperature~([3]). But, inorganic acid doped electrolytes have some serious disadvantages like corrosion…     

碳基储氢材料研究进展

氢能以其可再生性和环境友好性成为未来最具发展潜力的能源载体，储氢技术是氢能应用中的关键问题。本文综述了近年来超级活性炭、石墨纳米纤维、碳纳米纤维和碳纳米管等碳基储氢材料的研究进展，并对该领域未来的研究工作进行了展望。