二元/多元组分协同构筑高性能碳基复合电极材料及构效关系

基于碳材料在储能器件中的广泛应用以及存在的各种问题,构筑了碳与金属/金属化合物或者碳与有机小分子/聚合物复合的二元、三元和多元电极材料,利用不同组分之间的协同作用,借助理论计算,系统地研究了复合电极材料的结构、电子传输机制及其对储能器件性能的影响,厘清了碳基复合电极材料内在结构与储能器件性能之间的构效关系,为高性能储能...     

基于MOF结构的超级电容器电极材料研究进展

开发新型电极材料,是实现超级电容器高效储能的关键,对解决能源短缺与环境污染具有重要意义。金属有机骨架材料(MOF)是一类多孔、高比表面积材料,被广泛使用于工业催化、吸附分离、化学储能等领域。然而采用单一的MOF材料作为电极材料却存在稳定性差、比电容低等缺点。为改善其稳定性与比电容,常采用MOF材料与其它金属或者碳基材料进行复合作为电极材料。研究表明,将MOF与金属进行复合作为电极材料,有效的提高了电容器的比电容;将MOF与碳基材料进行复合作为电极材料,明显改善了电容器稳定性,增加了电容器使用寿命。     

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。     

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。     

碳纸/纳米MnO2复合电极材料的制备及其电化学性能研究

将碳纸与氧化还原反应法制备的纳米MnO_2通过液相沉积法形成新的复合电极材料,采用循环伏安和交流阻抗测试技术对复合电极材料进行电化学分析,研究结果表明:碳纸/纳米MnO_2复合电极材料呈花瓣状开放结构,有利于提高复合电极的比表面积;碳纸基体沉积时间为1 h时,复合电极的电化学性能最稳定;但随着扫描速率的增加,复合电极的比电容呈下降趋势,且沉积时间越长,复合电极电容性的稳定也越差。     

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.     

棉秆基活性碳材料在柔性微型超级电容器中的应用

生物质碳材料具有高比表面积、轻质、可再生、价格低廉等优势,是一种很有前景的超级电容器的电极材料,随着电子器件的微型化,对储能器件的柔性也提出了一定的要求。为了满足人们对柔性电子器件日益增长的需求,解决储能器件小型化、柔性化等问题,本文利用氢氧化钾活化法,经过高温刻蚀棉花秸秆制备出具有多孔结构的碳材料,并将该材料制备成电极组装成微型超级电容器(MSCs),测试其电学性能。结果表明:当电流密度为0. 33 mA/cm时,比容量为32 mF/cm;弯曲直径在20 mm时,弯折2000次后仍有85%的电容保有量。本文以棉花秸秆为原材料制备MSCs的方法简单,且器件具有优异的电化学和机械性能,在未来柔性、小型电子器件领域具有广泛的应用前景。     

锂离子电池能源材料研究进展

能源材料是指能源的开发、运输、转换、储存和利用过程中的材料,其中锂离子电池材料是应用和开发前景最好的一种能源材料.改善和提高锂离子电池电化学性能的关键是选取充放电性能良好的电极材料.总结上海大学环境与化学工程学院在新型电极材料领域的研究进展,其中包括锡基纳米粒子、锡基/碳复合纳米材料、碳纳米材料、碳包裹磷酸铁锂复合纳米材料、氧化钴/碳复合纳米材料、氧化镍/石墨烯复合纳米材料,并对该类材料的发展趋势进行展望.     

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。     

两种硫含量控制方法对锂硫电池性能的影响

采用高导电性碳材料和商业活性炭分别作为硫的载体,与单质硫混合后进行热处理制得SP/S和CAC/S硫碳复合材料,利用热重测试、循环伏安、交流阻抗和恒流充放电测试等分析方法,研究了正极中电极材料厚度、硫碳复合比例对电池电化学性能的影响.结果表明:适当增加电极材料厚度可以有效地改善Super-P材料电极综合电化学性能;通过改变硫碳复合比例,提高硫含量则对活性炭材料锂硫电池电极的性能提升有着显著的效果.其中,含硫量为63.60%的CAC/S正极材料首次放电比容量达到908.8 m Ah/g,活性物质利用率为54.2%,100圈循环后放电容量为594.1 m Ah/g,容量保持率达到65.4%.     

纳米结构水系NiCo/Fe电池材料的制备及电化学性能的研究

可充电的水系电池由于价格低廉、电极材料来源丰富和使用安全等优势而得到研究者们广泛关注.但是其在实用中还存在着能量密度和功率密度不足的问题.该研究以针状NiCo2O4纳米棒为水系电池正极材料,以Fe3O4纳米棒为负极材料组装成了一种NiCo/Fe电池储能器件.该储能器件表现出了优异的可充放电性能,在1.2 kW/kg功率密度下(1 A/g),其最高容量可达207.7 Wh/kg(173 mAh/g),在24 kW/kg(20 A/g)的高速率充放电速率下,其容量仍能保持70.8 Wh/kg(59 mAh/g).此外,得益于正负电极材料均为阵列结构并与基底结合牢固,该储能器件表现出优良的循环性能,即在电流密度为5 A/g下经过2 000次循环后容量仍保持近80%.     

MnMOF基多孔碳/氧化锰复合结构材料及其超级电容器性能研究

采用水热法制备了纯度较高的前驱体金属有机骨架化合物(Mn-MOF),并在不同温度下对其进行高温煅烧,得到了多孔碳/氧化锰(C/MnO)复合结构材料.运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对该多孔C/MnO材料进行结构表征,并通过循环伏安、恒流充放电等测试方法考察其作为电极材料的超级电容器的电化学性能.结果表明,制备的多孔C/MnO复合结构材料的比电容在800℃煅烧温度下电流密度为0.5 A·g~(-1)时达到最大,为375.0 F·g~(-1).此结果可为多孔C/MnO复合结构材料开辟新的研究方向.     

沸石咪唑骨架衍生空心纳米电极材料可控制备及其电化学性能研究

超级电容器是介于可充电电池和传统电容器之间的一种新型储能器件。它具有高功率密度、快速充放电和环境友好等优点。在众多应用于超级电容器的电极材料中,金属有机骨架材料因具有大的比表面积,可灵活调控的组成和结构,是十分理想的电极材料之一,又由于其易于合成、独特的结构和反应特性,也是制备纳米结构电极材料的理想模板之一。以沸石咪唑骨架（zeolitic lmidazolate framework,ZIF）-67为前驱体,采用二水合钼酸钠盐溶液刻蚀的方法成功制备了空心CoMo 层状双金属氢氧化物（layered double hydroxides, LDH）纳米笼结构,同时还讨论了钼酸钠的用量对最终产物形貌和性能的影响。当用作超级电容器电极材料时,所制备的空心Co₁Mo₅ LDH在1 A/g的时候最多可提供578 F/g的比电容,当电流密度增加到10 A/g时,比电容保持在346 F/g。与活性炭组装成非对称超级电容器后,该储能器件在功率密度750 W/kg时,能量密度最大可达到21.25 W·h/kg。在5 A/g的电流密度下,经过15 000次充放电循环后,仍保持了90%的初始容量。     

三维镍@聚苯胺复合电极的制备及其在超级电容器中的应用（英文）

导电高分子电极材料由于其自身稳定性差和迟滞的电化学反应效应等缺点限制了其实际应用.构建三维金属基@导电高分子复合电极材料是一条行之有效的解决导电高分子固有缺陷问题的途径.本文以二氧化锰为氧化剂协同电化学聚合的方法合成了三维镍@聚苯胺核/壳复合材料电极.经过理性设计和可控制备,该电极材料有效地提高了全方位的储能性能,其独特三维鸟巢状和高导电性的金属骨架结构有助于电解质离子和电子在电极表面的高速传输.此外,利用三维镍@聚苯胺与前期工作已合成的三维镍@二氧化锰@聚吡咯分别作为正负极,一种高度匹配的不对称超级电容器也被顺利组装.经测试研究表明,这种不对称超级电容器具有良好的储能性能,工作电压能拓宽至1.3 V,最大能量密度和功率密度也能分别达到23.3 Wh·kg-1和5 870.8 W·kg-1.     

多孔碳纤维电极材料的制备及电容去离子性能研究

由于碳纳米纤维比表面积(SSA)较低,在电容去离子(CDI)应用中,其脱盐效率并不理想。该研究采用静电纺丝技术制备了沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)材料与聚丙烯腈(PAN)复合纳米纤维,并通过碳化工艺处理得到多孔碳纳米纤维电极材料。经过优化组分及碳化工艺后,所得碳纤维电极的SSA和孔体积分别高达398.74 m²/g和0.180 cm³/g。在1.2 V和1.6 V电压下,该电极对500 mg/L的NaCl溶液(50 mL)的盐吸附容量分别达21.16 mg/g和39.04 mg/g。此外,电化学测试结果显示,提高碳纳米纤维电极的孔隙率可以在一定程度上提高双电层电容,从而实现更高的离子吸附量和更稳定的储能性能。     

镁掺杂氧化锰电极材料用于高性能水系镁离子二次电池

水系镁离子二次电池在低成本与高安全性储能设备中应用前景广阔。虽然氧化锰被认为是水系镁离子电池中一种有潜力的电极材料,但其电子导电性低和循环性能差的问题极大地阻碍了氧化锰电极材料实际应用。本文提出了一种新颖的氧化锰电极材料的镁掺杂工程技术,同时对构建的镁掺杂氧化锰电极材料的电子结构和电化学性能进行了深入研究。DFT理论计算证明了镁掺杂对调节氧化锰电子结构的重要作用,并且原位拉曼结果也证实了镁掺杂氧化锰在充放电过程中可逆的相变过程。因此,该电极材料展现出高比容量（419.8 mAh·g?1）,以及优越的循环性能（1000次循环后容量几乎没有衰减）。基于这种镁掺杂氧化锰电极材料,我们成功组装了一种软包装型水系镁离子二次电池,该储能器件具有优越的电化学储能性能,实现了水系镁离子二次电池的高比能与长续航特性,揭示了其在高性能能源技术领域中的巨大应用潜能。     

金属有机框架制备染料敏化太阳能电池对电极

为了降低染料敏化太阳能电池对电极的成本,通过碳化旋涂在导电玻璃基底上的金属有机框架薄膜制备纳米多孔碳对电极,采用SEM和EIS分别对多孔碳电极的形貌、结构和电极性能进行表征,并将金属有机框架配合物在不同碳化条件下所得多孔碳电极作为对电极,以方酸敏化Ti O2纳晶薄膜作为工作电极,组装成染料敏化太阳能电池,通过测定电池的J-U数据分析不同多孔碳材料的催化性能.结果表明:控制碳化金属有机框架薄膜条件可以制备结构和形貌可调的多孔碳电极,碳化温度和时间是影响多孔碳电极微结构和光电性能的主要因素,400℃下碳化4 h所得多孔碳对电极组装的方酸敏化太阳能电池的光电转换效率最高,达到1.01%,高于常用的铂电极.     

超级电容器用金属层状双氢氧化物电极材料研究进展

金属层状双氢氧化物(LDHs)作为具有赝电容特性的电极材料,以法拉第反应机理为基础进行储能,其特殊的层状结构可以提供高比表面积和反应活性位点,从而实现高比容量,是一种理想的超级电容器电极材料.结合近几年的相关文献报道,综述金属层状双氢氧化物电极材料的机理特性、制备工艺、电化学性能,展望其在超级电容器领域的发展趋势.     

液态金属高性能冷却技术:发展历程与研究前沿

 "热障"问题已经成为阻碍高端电子芯片和光电器件向更高性能发展的重要挑战,发展高性能芯片冷却和热管理技术迫在眉睫。作为一大类新兴的热管理材料,液态金属在对流冷却、热界面材料、相变热控等领域均带来了观念和技术上的巨大革新,打破了传统冷却技术的性能极限,给大量面临"热障"难题的器件和装备的冷却提供了全新解决方案,有望在国防、航空航天、能源系统及民用电子设备等领域的冷却与热管理系统中发挥重要作用。本文回顾了液态金属先进冷却技术的发展历程,主要包括液态金属对流冷却技术、液态金属热界面材料、液态金属（低熔点金属）相变储能与热控技术、基于液态金属的复合冷却技术等;梳理了液态金属冷却技术中的关键科学与技术问题和面临的挑战。     

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.