石墨烯褶皱结构对双电层储能性能的理论研究

石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而,实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题,本文构建了一系列具有不同幅度褶皱(a=0~6.6?)的石墨烯片,并运用分子动力学模拟来研究这些褶皱石墨烯表面的双电层结构.本研究旨在探讨不同褶皱高度和充电状态下双电层的变化规律,及其与超级电容器储能性能之间的关系.研究发现,褶皱石墨烯模型内部的离子浓度随电压的增加呈现多峰层状分布,而表面离子浓度与施加的电压正相关.此外,石墨烯的褶皱结构能够减少离子和水对电极电压响应的敏感性.在不同电压条件下,褶皱型石墨烯结构的面积比电容(C_A)始终高于其平面对应区域,突出了其在提升双电层储能性能上的优势.本研究揭示了石墨烯褶皱结构在调节离子分布、降低电压敏感性,以及增强电化学储能性能方面的特有作用机制.

La^(3+)/NH_(4)^(+)在双电层内交换过程中铵的吸附规律

离子交换反应过程中铵的吸附规律是浸矿剂用量计算的基础。以化学纯高岭土为吸附剂,以镧离子为吸附质,制备高岭土饱和镧矿样,采用不同浓度铵离子浸取矿样中的镧离子。结果表明:当铵离子浓度为1~5 mg/L时,铵只出现物理吸附;当铵离子浓度大于300 mg/L时,铵开始出现化学吸附;离子交换吸附开始时,铵离子吸附量为0.012 mg/g,双电层内ζ电势趋于0,滑动面与扩散层最外层几乎重合。通过铵的解吸实验,得到镧离子交换完全后,物理吸附态、离子交换态和固定态的所占比例分别为30%、65%和5%;铵的总吸附量与镧离子浸出量之间的摩尔比接近5∶1。此结果为高岭土作为主要黏土矿物的离子型稀土矿浸矿剂的用量计算提供理论依据。

双电层电容器的关键材料及其发展前景

介绍了目前双电层电容器关键材料的发展和国内外的研究现状,包括:活性材料、导电剂、粘结剂、电解液和隔膜等;介绍了目前双电层电容器依性能特点在不同应用领域中的使用,讨论了双电层电容器所具有的优劣势及其发展趋势。

致密储层表面双电层分子动力学模拟

致密储层润湿性受储层表面双电层的微观影响显著,注CO_(2)已成为致密油藏高效开发的关键技术。为探究致密储层提高采收率方法如何影响界面双电层特性及润湿性,运用分子动力学模拟建立了致密储层表面双电层模型,探究温度为313 K、压力为20 MPa时致密储层表面双电层的特征,进而研究了相同条件下超临界CO_(2)在油水体系的传质作用以及在水岩界面的作用机制。分析结果表明:地层水中离子受不同静电作用影响,在岩石表面和体相中呈现不同密度分布,离带电岩石表面越远,净电荷密度越低;超临界CO_(2)扩散进入油相中降低原油黏度,扩散至水岩界面产生黏附作用,CO_(2)溶解使溶液中H+浓度增加,削弱了静电引力,强氢键作用产生的范德华力和静电力的共同作用使水膜更稳定,增强了水润湿性。该研究结果对致密储层微观理论发展具有一定的参考价值。

基于六水铝酸三钙的双电层调控从铝酸钠溶液中短流程脱除有机物

从铝酸钠溶液中经济地脱除有机物是长期以来的研究重点。基于叶滤环节将六水铝酸三钙(TCA)作为助滤剂的工艺,提出一种短流程同时滤除杂质颗粒和吸附脱除有机物的新方法。在浓缩铝酸钠溶液中制备结晶度低、TCA含量高、表面能高、晶格畸变大的超细TCA样品。同时,TCA样品在碱性溶液中的Zeta电位线性依赖于TCA含量,揭示二元混合物Zeta电位的可加性。描述在碱性溶液中TCA二元混合物双电层的演化规律。此外,超细TCA样品对长烷基链及高相对分子质量有机物具有较高的吸附容量,对腐殖酸钠的吸附容量可达69.69mg/g(以有机碳计),而高温溶出过程会显著降低TCA的吸附容量。

双电层电容器储能机理研究概述

本文综述了双电层电容器的储能机理研究进展,详细论述了多孔碳孔结构与电解液离子之间的相互作用,介绍了多孔碳界面双电层理论,包括最早的平行板双电层模型、考虑孔隙曲率的EDCC和EWCC模型及最新发现的充电机理。经过上述讨论,认为合成具有最优微孔尺寸、合适介孔比例和结构规整的多孔碳,是今后得到高功率密度、高能量密度多孔碳基超级电容器的最佳途径。

同步合成模板炭化法制备双电层电容器电极用中孔炭材料的研究(英文)

以正硅酸乙酯为模板硅源,间苯二酚 甲醛凝胶为炭前驱体,采用同步合成模板炭化(SSTCM)法制备了具有可控结构的中孔炭材料。炭材料的比表面积可达1500m2/g,平均孔径在3nm～10nm之间。经过酸催化水解预处理的二氧化硅模板前驱体溶液与间苯二酚 甲醛溶液混合,碱性条件下使两者的溶胶凝胶反应同步发生,得到有机/无机凝胶混合物。再经炭化、HF去模,制得SSTCM炭材料。N2等温吸脱附研究表明,与炭前驱体聚合物同步合成的结构可调的二氧化硅模板,导致了SSTCM炭材料可控中孔结构的形成。循环伏安研究表明,采用这种同步合成模板炭化法制备的SSTCM炭材料质量比容量达270F/g,炭材料具有的典型中孔结构使其可能成为一种理想的双电层电容器电极材料。

双电层理论与高庙子膨润土的体变特征

黏性土中土体颗粒(矿物颗粒)带有负电荷,周围存在电场。在静电引力与布朗运动(热运动)作用下,紧邻土体颗粒表面处静电引力最强,水化离子和极性分子牢牢地被吸附在颗粒表面附近形成固定层。由固定层向外,静电引力逐渐减小,水化离子和极性分子的活动性逐渐增大,形成扩散层。固定层和扩散层中的阳离子(反离子层)与土粒表面负电荷共同构成双电层。根据双电层理论,当给定两个黏土片层之间的距离时,渗透压力可以由两个片层中轴线处的离子浓度来求取。同样,对于给定的渗透压力和中轴线处的离子浓度,便可以确定两个片层之间的距离。采用渗析法吸力控制技术与压汞仪法(MIP)微观结构试验手段,研究了低吸力范围内、自由膨胀条件下高压实高庙子膨润土的土水特性与体变特征,同时采用双电层理论估算了高庙子膨润土水化过程中的自由膨胀量,并将估算值与试验实测值进行了对比分析。在使用孔率计法试验结果求取试样孔隙比时考虑了压汞仪出力能力影响,采用线性延伸方法估算了残余孔隙量。研究结果显示,低吸力范围内,由双电层理论,估算的高压实高庙子膨润土的自由体积膨胀量与试验数据吻合较好,但随着吸力的进一步减小,两者之间的误差有增大的趋势,文中对出现这一偏差的原因进行了分析探讨。

高性能活性炭电极材料在双电层电容器中的应用

以椰壳为原料,ZnCl2为活化剂,用同步物理-化学活化法制备活性炭。所得的炭样品用氮吸附法表征,并根据77K时的吸附-脱附等温线计算了它们的比表面和孔结构参数。用恒流充放电和循环伏安法研究了由活性炭电极与KOH电解质构成的双电层电容器的性能。结果显示,在5mA时放电,活性炭比电容最高达到360F/g;在大电流50mA时,比容量仍超过200F/g。同时分析研究了炭材料比表面积和孔径对电化学性能的影响,发现比表面积与比电容关联性不明显;而孔径大小对炭材料的比电容影响很大。在小电流放电时,中孔炭表面对比电容的贡献明显大于微孔炭表面;随着放电电流的增加,由中孔炭表面构成的双电层电容下降显著,而微孔炭表面的双电层电容下降幅度较小。在大电流放电时,孔径在1.5nm^2nm的较大微孔对储存电能起主要作用。

双电层电容器用中孔活性炭电极的电化学性能

选用中孔活性炭作为双电层电容器的电极材料 ,实验发现 ,中孔活性炭电化学性能优异 ,比表面积利用率高达 93 .5 % ;用水蒸气活化可以增加活性炭的比表面积 ,随着活化时间的延长 ,活性炭收率降低 ,活化 2h收率仅为 2 6.5 % ,同时比表面积从原来的 760m2 /g增加到 14 80m2 /g ,且主要在 2nm附近孔结构分布强度增强。比电容随活化时间的延长而增加 ,但增速低于比表面积的增加幅度。

炭气凝胶/活性炭复合电极在有机电解液体系双电层电容器中的阻抗(英文)

分别以炭气凝胶(CAG),炭黑(CB)以及石墨(G)为导电剂与KOH活化法高比表面积活性炭(HSAC)制备复合电极,组装成双电层电容器,在(C2H5)4NBF4/丙烯碳酸盐电解液体系中进行交流阻抗测试分析。应用动力学及电子传递控制的等效电路模型对各电极的实验阻抗数据进行拟合得到相应的模型参数,串联溶液电阻Rs、极化电阻Rp、能斯特边界层厚度δ及平均孔内离子扩散系数D。结果表明,炭气凝胶复合电极的孔内离子扩散系数D最高,极化电阻Rp与炭黑复合电极接近。炭气凝胶电极的内阻为各电极中最低并且具有最高的比电容。

双电层电容器有机电解液研究进展

双电层电容器作为一种新型储能装置 ,与蓄电池相比具有较高的比功率 ,与传统电容器相比具有较高的比能量 ,容量大 ,无须维护 ,材料无毒 ,运行温度范围宽 ,循环寿命长 ,引起了人们的广泛关注。简介了双电层电容器的工作原理 ,综述了双电层电容器液态有机电解液研究进展 ,同时对固体电解质和胶体电解质的研究现状进行了描述。并根据双电层电容器对电解液的性能要求 ,以提高电解液体系电导率与分解电压为目标 。

电化学基础(Ⅲ)——双电层模型及其发展

双电层模型描述了电极与溶液相界面之间电荷层的结构,是电极平衡和电极过程动力学在电化学过程中的具体表现,是现代电化学的基础理论之一。双电层理论对现代电化学的推动作用主要体现在电化学分析方法与双电层电容器等领域。通过回顾双电层理论提出的科学背景和发展历程,了解其发现问题、解决问题的思路,对于深化电化学工程领域的探索与创新具有重要意义。

双电层电容器用新型无灰煤(HyperCoal)基活性炭的制备

以无灰煤(HyperCoal)为原料,KOH和CaCO3为活化剂制备了煤基活性炭,采用低温N2吸附法表征了活性炭的比表面积和孔结构,测定了活性炭用作双电层电容器(EDLC)电极材料的电化学性能。考察了炭化温度、活化温度、活化时间和活化剂对活性炭电容特性的影响。研究结果表明,比表面积和比电容随着炭化温度的升高而降低,活化温度过高或活化时间太长对比电容有不利影响。此外,CaCO3影响活化过程中孔的开发,显著降低所制备活性炭的比表面积和比电容。在炭化温度为500℃、活化温度为800℃、KOH与焦的质量比为4∶1和活化时间2 h下所得活性炭的比表面积和总孔容分别达到2 540 m2/g和1.65 cm3/g,该活性炭电极在0.5 mol/L TEABF4/PC电解液中的比电容达到最大值46.0 F/g。

双电层对润滑薄膜厚度与压力的影响

利用修正的Reynolds方程对在不同金属-陶瓷（Fe和Cu及陶瓷材料Al2O3,SiN4、ZrO2和SiO2）水润滑中的双电层的影响进行了分析。通过数值计算,分别对流体润滑、弹流润滑的线、点接触的情况做了计算。计算结果表明:在膜厚较薄（几十纳米）时,双电层电势对润滑膜的厚度有较明显的影响,使最小膜厚明显增加,随着膜厚的增加这种影响将迅速减弱。而双电层的存在对润滑膜的压力分布影响不大。

粘结剂对块状极板碳纳米管双电层电容器性能影响研究

碳纳米管具有良好的导电性和合适的双电层形成区，适于制作双电层电容器极板． 不同粘结剂的使用会影响电容器的性能，分别选用酚醛树脂和聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）作为碳纳米 管极板的粘结剂，在有机电解质溶液中，研究其电容性能与比表面积和极板结构的关系，从而 找出合适的碳纳米管极板粘结剂．

基于双电层电容的微细电解加工间隙的在线检测

根据微细电解加工中工具电极下端面面积远小于工件表面的非对称特征，在水基中性盐钝性电解液侧流冲入和金属电极处于钝化状态的条件下，提出了一种基于双电层电容的微细电解加工间隙的在线检测方法．在微细工具电极和／或工件上不外加传感器的前提下，利用工具电彬溶液界面上双电层电容值随加工间隙增大而单调递增的变化关系，精确、快速地实现加工间隙的在线检测．在冲液速度为1．058m／s的条件下，当加工间隙在O．100μm时，可在数毫秒内在线检测出微细电解加工间隙的大小，数值仿真与实验测量值之间的最大相对误差小于10％．为实现高精度、高质量、稳定的微细电解加工提供必要条件．

活性炭前处理对双电层电容器性能的影响

制备了沥青焦基活性炭双电层电容器用电极材料,将其分别经水洗、酸洗以及超音速气流粉碎处理。在1 mol/L(C2H5)4NBF4/碳酸丙烯酯电解液体系中进行电化学测试,对比评价了各活性炭前处理方法对电容器电化学性能的影响。结果表明,酸洗后活性炭电极比电容提高7%达到163 F/g,高功率放电性能明显改善,当电流密度由70 mA/g增加到1 A/g时,其电极比电容保持率为88%;活性炭进行超细粉碎后不利于电化学性能的提高。

双电层电容器电极材料最新研究进展

对双电层电容器炭基电极材料中已经产业化的和颇具产业化前景的活性炭、碳纳米管、炭凝胶等几种材料进行了综述,分析了它们的性质、特点和研究进展。

隔膜对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响（英文）

隔膜是双电层电容器和混合型电池-超级电容器等电化学储能器件的重要组成元件.本文采用1 mol?L-1四乙基四氟硼酸铵的丙烯碳酸酯电解液制备了基于活性炭的扣式双电层电容器,并采用1 mol?L-1六氟磷酸锂锂离子电解液制备了(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+活性炭)/石墨体系的混合型电池-超级电容器.研究了不同类型隔膜的物理化学性能,以及其对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响.四种隔膜分别是无纺布聚丙烯毡、多孔聚丙烯薄膜、Al2O3涂层的聚丙烯薄膜和纤维素纸隔膜.进行了表面形貌、差示扫描量热、电解液吸液量和表观接触角测试表征.电化学测试表明,采用纤维素隔膜的双电层电容器具有最高的比电容和更优的倍率性能,电容器的自放电性能差别不大.而对于混合型电池-超级电容器,采用聚丙烯薄膜和无纺布聚丙烯毡隔膜器件的比容量比其它器件约高20%,且采用纤维素隔膜的器件自放电率最高.