NiCo_(2)O_(4)//GO非对称超级电容器电动汽车动力系统应用仿真

将制备的NiCo_(2)O_(4)电极进行电化学性能测试,结果表明,NiCo_(2)O_(4)电极活性材料通过准可逆的氧化还原反应进行储能,表现出良好的电化学性能.进而使用Simulink仿真模拟了非对称超级电容器单体的放电过程,并使用AVL CRUISE仿真计算了超级电容器-锂离子电池复合储能系统的电动汽车行驶过程.结果表明,汽车在WLTC循环工况下的最大电池功率为38.0 kW,行驶时间为4.9 h,续航里程为224.4 km,相比单独的锂离子电池储能系统最大电池功率减小了31.3%,续航里程提高了11.4%.超级电容器对复合储能系统的电动汽车起到了平衡电池功率和提高续航里程的作用.

超级电容器用活性炭的研究进展

简述了超级电容器的工作原理和超级电容炭的市场情况,分析了植物类、石油焦类、树脂类不同原料制备电容炭(无定型粉末炭)的性能特点及制备工艺,介绍了煤焦油沥青基球形活性炭和煤液化沥青球形活性炭的研究进展,对比了无定型粉末活性炭与球形活性炭的性能优劣,最后对煤液化沥青球形活性炭用于超级电容器的优势及推广应用进行了展望。

超级电容器用生物质衍生多孔炭材料研究进展

能源消费增加促使绿色能源开发成为趋势,同时推动能源存储系统快速发展,超级电容器以高功率密度和长循环寿命的优势得到广泛关注,其中电容炭材料逐渐成为研究热点。用来源广泛、有可再生性、价格低廉、绿色环保的生物质制备超级电容器用多孔炭材料,在开发绿色能源的同时解决了能源存储问题。多孔炭材料结构调控与性能完善是提高超级电容器性能的重要途径之一。综述了生物质衍生多孔炭材料及其在超级电容器领域的应用,按原料来源(植物、动物和微生物)及材料维度(0D、1D、2D和3D)的分类体系,多孔炭材料制备方法及技术现状。将多孔炭的制备分为炭化和活化,简述了炭化与活化机理、活化方式选择和常见活化剂特性,但生物质衍生多孔炭材料制备过程中影响因素多,且性能不及传统煤基碳材料,需进行多方面设计优化,包括选择生物质前驱体、合理使用炭化技术、调控活化过程各影响因素和选择改性过程中掺杂物等。基于在超级电容器领域的应用需求,重点探讨生物质多孔炭材料优化方式,包括孔结构调控、表面元素掺杂及与石墨烯复合形成新型炭材料等。梳理多孔炭材料用于超级电容器中时的难题与重点,通过寻找多孔炭材料在高比表面积、均匀孔隙分布和高导电性3方面的最优组合,提升电极材料电荷存储能力攻克超级电容器能量密度低的问题,同时确保超级电容器耐压能力达到要求。在此基础上,提出提升材料电化学性能和循环稳定性、确保原料来源稳定性和一致性、逐步实现量产的商业化需要等有望取得突破的研究方向。

基于双金属高核钛氧簇基电极的高性能超级电容器的制备

制备了一系列专为超级电容器设计的新型钛氧簇(TOCs,包括Zn-Ti11和Cd-Ti11),扩大了TOCs材料的潜在应用范围。此类材料具有的优异赝电容性能充分展示了钛基材料的优点。所制备的TOCs基超级电容器的最大功率密度为9.5 W·kg^(-1),能量密度为463 Wh·kg^(-1)。

超级电容参与风电调频的动态响应优化策略

随着风电渗透率的不断提高,电力系统逐步呈现低惯量的特征。低惯量系统在故障时的频率变化率(RoCoF)和最大频率偏差显著增大,传统频率控制方法效果减弱,频率的安全、稳定面临挑战。针对上述问题,先于一次调频动作的快速频率响应(FFR)已成为解决低惯量系统频率稳定问题的重要手段。首先,建立风-火-储电力系统频率响应模型,分析FFR调频资源对低惯量系统频率响应的影响;其次,基于模糊逻辑推理,提出了一种超级电容参与风电调频的储能动态响应优化策略以控制储能,使其能够动态响应系统频率变化,在频率跌落期遏制频率跌落,在频率恢复期调控储能恢复功率以维持荷电状态稳定;最后,对提出的控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,所提策略能够利用超级电容快速动态响应系统频率变化,从而为低惯量系统提供功率支撑,弥补风电调频的不足,相较传统的风电机组虚拟惯量控制策略,在减小最大RoCoF及抑制最大频率偏差效果上均有大幅提升。

五氧化二钒/碳纳米复合材料在超级电容器中的应用

五氧化二钒(V2O5)作为一种有广阔前景的电极材料,具有储量丰富、无毒、高电容电位等优点,通过V2O5纳米化、复合化等策略可实现材料性能的最优化。本文综述了V2O5/C纳米复合材料在超级电容器储能器件领域的最新研究进展,总结了V2O5/C纳米复合材料的制备方法及其对形貌和电化学性能的影响规律,讨论了组分优化、增加有效比表面积、杂原子掺杂、构建三元纳米复合材料等电化学性能提升策略。V2O5/C纳米复合材料以其独特的结构及优异的效能克服了单一电极材料的局限性,具有较强的实际应用潜力。最后,提出了V2O5/C电极材料在性能提升、机理探索和规模化生产等方面面临的问题,对电化学储能技术的未来发展趋势做出了展望,即开发高性能、智能化的新型复合材料及储能器件,为构建高效、安全的电化学储能体系提供理论和实践支持。

富氧多孔石墨烯薄膜制备及其超级电容器性能

目的改善传统的激光诱导石墨烯薄膜电极本身储电能力差、应用范围有限的问题。方法利用CO_(2)激光扫描自制的高含氧酚醛树脂薄膜制备了一种富氧的多孔石墨烯薄膜电极,并对其进行电化学活化处理,用以增强内部含氧基团的活性和含量,对石墨烯薄膜的形貌、组成以及电化学性能进行了表征。结果在激光的高温高压下,酚醛树脂分解释放的大量气体会使石墨烯薄膜内部形成丰富的纳米孔隙结构,氮气吸附解吸曲线的结果显示其比表面积达到了324m^(2)/g。此外,在酸性电解质下采用电化学激活的方式,能够使石墨烯薄膜内部碳原子上的含氧基团发生转化反应,并且它们与碳原子的键合也为电极提供了更稳定的结构。在电化学性能测试中,石墨烯薄膜上的氧官能团发生高效的可逆氧化还原反应,在0.5 mA/cm^(2)的电流密度下具有高达342.8 mF/cm^(2)的面积比容量,组装成超级电容器后也保持了优异的储能特性和循环稳定性,在0.0589mW/cm^(2)的功率密度下具有5.93μWh/cm^(2)的能量密度。结论利用该方法制备的富氧多孔石墨烯电极材料兼具高稳定性和高比电容的优势,有望在实际应用中为后续赝电容材料的可靠负载和异原子的高含量稳定掺杂提供一种更可靠的石墨烯骨架,为构筑新型高性能储能器件提供了设计思路。

磷掺杂钴酸铁电极材料用于非对称超级电容器

采用简单的水热法和低温磷化法在柔性碳布上原位生长磷掺杂的钴酸铁纳米线(P-FeCo_(2)O_(4-x))电极材料,研究了不同磷源加入量对P-Fe Co_(2)O_(4-x)的形貌和性能的影响。结果表明:当加入的磷源量为400mg时,所制备的P-FeCo_(2)O_(4-x)-2电极材料具有优异的电化学性能,在5m A/cm^(2)的电流密度下表现出3643m F/cm^(2)的比电容,在20m A/cm^(2)的电流下充放电循环5000次后容量保持率为85.9%。性能提升的主要原因得益于磷掺杂到尖晶石结构中,取代了部分氧原子的位置并形成氧空位,提高缺陷程度的同时,改善了电子结构,提高了电导率。进一步组装成柔性非对称超级电容器,其正极为P-FeCo_(2)O_(4-x)-2材料,负极为活性炭(AC)。该电容器在功率密度达到747.4W/kg的情况下,展现出高达40.9Wh/kg的出色能量密度。此外,经过2000次充放电循环测试,即使在5A/g的电流密度下,其容量保持率依然稳定在82.1%。

二维管束状多孔炭材料的制备及在超级电容器中的应用

生物质是优异电极材料的重要来源,植物基生物质在制备多孔炭材料方面具有独特的结构优势。本文以面条菜为原料,KOH为活化剂,探讨了不同比例的KOH溶液对炭材料微观形貌的影响,制备出一系列具有二维管束状的炭材料,通过扫描电镜、X射线衍射和拉曼光谱等物理手段对炭材料的结构进行了深入分析。结果表明当碱碳比为3:1时,炭材料SCLC-3含有微孔-介孔等丰富的孔隙结构,为电解液离子在炭材料中的传输和存储提供了有利条件,在电流密度为1A·g^(-1)时SCLC-3比电容高达290F·g^(-1),经过5000次充放电循环测试电容保留率高达98%,表明炭材料具有良好的循环寿命。将其制作成固态电极材料进行不同角度的弯折,结果显示其电化学性能几乎没有发生变化,呈现出较好的抗弯折性能。

后填充活性炭用于高体积性能超级电容器研究

由于具有丰富的孔隙率,活性炭(AC)的密度较低,导致其用于超级电容器储能难以获得高体积性能(能量密度<10.0Wh/L)。报道了一种单宁酸填充/碳化大孔和介孔的策略来提高其密度。结果表明:后填充的AC结晶度变化不大,密度大幅提高(0.55g/cm^(3)增至1.32g/cm^(3)),用作超级电容器电极实现了优异的体积容量性能,包括高容量(249F/cm^(3)),高倍率性能(65.8%)和高能量密度(17.2Wh/L,在1188W/L下)。填充后的AC性能优于原始活性炭(10.1Wh/L,在495W/L下)和一些最近报道的炭基超级电容器。

基于超级电容与蓄电池混合储能的光伏应用

光伏发电系统的不稳定性严重影响储能系统的使用寿命。文章基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)实现超级电容的荷电状态(State of Charge,SOC)估算,并根据光伏输出的实时功率和超级电容的SOC,提出一种新型可控拓扑结构,实现超级电容与蓄电池的混合储能,减缓了蓄电池充电电压突变的影响。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,结果表明,在混合储能策略下,EKF估算SOC的误差在4%以内,明显抑制了蓄电池输入端电压的波动,可有效降低光伏输出不稳定性对蓄电池使用寿命的影响。

超级电容技术支持下电力储能功率调节系统仿真

储能过程中,相电压、相电流的频繁变化是导致电力功率无法保持稳定状态的主要原因,为解决上述问题,针对超级电容技术支持下电力储能功率调节系统进行仿真设计。在主电路传输回路中,设置有源滤波器与并网逆变器,实现对储能功率的调节,完成电力储能功率调节系统硬件单元的仿真设计。定义超级电容模型,并将其串联在电力回路中,从而在控制电力脉冲功率的同时,实施对电功率的等效调试,完成对电力系统储能功率的全面调节。

BMIMBr水泥基电解质的制备及其在结构超级电容器中的应用

为了提高离子电导率和电化学性能,本文选用室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴化物(BMIMBr)作为氧化还原活性添加剂,制备了一种具有高离子电导率和良好力学性能的水泥基电解质,该材料可用于制作结构超级电容器。结果表明,含20%(质量分数)BMIMBr的水泥基电解质的离子电导率最高,为35.91 mS·cm^(-1)。BMIMBr能够提供可产生还原反应的Br-,同时增加游离态离子的数量,这有利于电解质中的离子传导,并获得更高的比电容。当电流密度为0.05 A·g^(-1)时,结构超级电容器具有20.07 F·g^(-1)的高比电容。恒定电流充放电循环1 000次后,电容保持率达到83.6%,库伦效率为97.56%,展现了良好的循环寿命。

基于分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波算法的超级电容SOC估计

对超级电容的SOC估计展开了研究。首先,搭建了超级电容测试平台,用于超级电容的参数辨识,并对超级电容进行了常规性能测试;其次,在不同的环境温度和动态工况下采用多种算法进行超级电容SOC估计。结果表明,采用分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波(FOMIUKF)算法对超级电容SOC的估计精度最高,对超级电容的路端电压跟随情况最好,估计结果的均方根误差和平均绝对误差的最大值分别约为1.8%和1.73%。

价态与晶型对镍钴氢氧化物超级电容性能的影响

镍钴氢氧化物(羟基氧化物)的金属价态和晶型结构均具有多变性,研究金属价态和晶型结构对其超级电容性能的影响具有重要意义。通过调控强氧化剂过硫酸铵((NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)),制备一系列不同价态(Ni^(2+),Ni^(3+),Co^(2+),Co^(3+))比例和晶型结构的镍钴氢氧化物活性材料。采用XRD,TEM,Raman,XPS等方法对材料价态、微观形貌和物相组成进行表征,明确其结构和价态性质。在1 A/g电流密度下,NiOOH-Co(OH)_(2)活性材料比容量高达260 C/g,远优于其他价态比例和晶型结构的3种电极材料性能。在2 A/g电流密度下充放电循环测试2000次后,比容量保持率为70.7%。经分析发现,NiOOH-Co(OH)2性能较优可归结于γ-NiOOH优良的导电性和α-Co(OH)_(2)较高的电容性能。

超级电容为载体的补偿设备在空压站抗晃电中的应用探讨

本文旨在探讨超级电容为载体的补偿设备在空压站抗晃电中的应用。空压站作为重要的能源供应设备,在工业生产中扮演着至关重要的角色。然而,由于电网电压波动和负载变化等原因,空压站在运行过程中常面临电能质量问题,其中之一就是电压的不稳定性所导致的抗晃电问题。超级电容补偿设备作为一种新型的解决方案,具有快速响应、高能量密度等优点,可以有效地提高电压的稳定性、能源利用率,并减少电网对空压机的影响。

二维材料基柔性纤维超级电容器的研究进展

随着智能可穿戴设备的兴起,高性能的纤维超级电容器(FSC)有望为智能可穿戴设备的持续发展做出巨大贡献。二维材料因质量轻、比表面积大、导电性高、机械强度卓越等特性而闻名,这些特性使得二维材料成为制备高能量/功率密度、具备可靠安全性、稳定灵活性以及长周期循环寿命的FSC的理想选择,被认为是未来可穿戴储能设备中最具前景的候选材料之一。随着制备工艺的不断进步,FSC在理论实验和实际应用之间的差距已大大缩小。本文系统回顾了不同的二维材料在FSC的优化设计和纤维结构方面的最新进展,并对其未来的发展进行了展望。

集成光伏转换与储能功能的光超级电容器研究进展

光超级电容器是一种将光伏转换装置与超级电容器相结合的集能源收集与存储于一体的设备,其双重功能使其在未来柔性可穿戴以及便携式设备上的应用具有巨大潜力。介绍了基于第三代太阳能电池的各类光超级电容器的发展历史和近几年来的相关代表性研究成果。阐述了构建性能更佳的光超级电容器所面临的问题和挑战,并给出了相应的措施及建议。最后对该领域未来的研究方向和机遇进行了展望。

锂离子电池/超级电容器混合储能系统能量管理方法综述

锂离子电池/超级电容器混合储能系统因其良好的性能、较低的成本和较强的通用性,已成为应用最为广泛的混合储能系统。能量管理技术是混合储能系统的核心技术之一,也是当前主要的研究热点。为了系统地对混合储能系统能量管理方法进行综述,本文首先对锂离子电池/超级电容器混合储能系统的拓扑结构、能量管理架构以及功率分配控制进行了介绍;而后,本文将现有的混合储能系统能量管理方法分为基于经验、基于优化、基于工况模式识别和基于机器学习5大类并进行了详细的对比分析,重点针对规律性工况与随机性工况讨论了各类能量管理方法的效能,并分析了各类方法的鲁棒性与计算复杂度;最后,本文对现有的能量管理方法进行了总结,并对该领域未来的研究方向和发展趋势进行了展望。综合分析表明,提高对随机性负载未来工况的预测精度、建立更加精准的混合储能系统模型并通过云端协同进一步提升能量管理方法的实时性将是未来混合储能系统能量管理研究的重点。

三维多孔碳纳米管-还原氧化石墨烯复合气凝胶应用于高性能对称超级电容器

以羟基化的碳纳米管(CNT-OH)和自制的氧化石墨烯(GO)为原料,通过氧化还原自组装的水热合成策略制备了碳纳米管-还原氧化石墨烯(CNTs-rGO)三维气凝胶,并探究了水热温度对三维气凝胶的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构、形貌进行了表征,并对其进行电化学性能测试。其中,在140℃下合成的气凝胶CNTs-rGO展示了最佳的电化学性能,在1 A·g^(-1)电流密度下的比电容高达294.65 F·g^(-1),循环伏安曲线在50 mV·s^(-1)扫速下的形状仍然近似于矩形,展示了良好的可逆性。将其作为正极和负极材料组装的对称超级电容器在功率密度为249.8 W·kg^(-1)时的最大能量密度为3.744 Wh·kg^(-1),在1 A·g^(-1)下循环10 000次后,其电容保持率和库仑效率均约为100%。优异的电化学性能主要归因于CNTs-rGO复合材料疏松多孔的三维立体结构,这保证了离子的快速运输,同时CNTs和rGO的交联结构提高了电导率,充分发挥了CNTs和rGO的化学和电学性能。