低温锂离子电容器研究进展

锂离子电容器(LIC)采用了双电层电容器(EDLC)正极和锂离子电池(LIB)负极,因而兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命的优势.LIC在储能过程中正极表面发生电荷的可逆吸脱附,负极体相中存在Li+的反复嵌入/脱嵌,在低温环境下由于电解液的黏度、电导率等物化性质发生很大改变,严重影响了LIC中离子的正常运输和电荷转移,导致无法在低温工况下正常运转,限制了其全天候、宽温域的应用.因此改善LIC的低温性能成为现阶段亟待解决的问题,受到了业界的广泛关注.众多研究表明电极材料和电解液之间的相互作用直接决定LIC低温电荷存储的过程,是解决低温环境下LIC能量密度和功率密度低的关键环节.本文从电极材料和电解液两个方面综述了国内外LIC低温性能的研究进展,概述了现阶段低温碳基材料的化学改性、表面修饰、离子嵌入以及新型电极材料的研发,并从电解液的锂盐、溶剂、添加剂三部分出发,介绍了低温工况下电解液各组成部分对LIC性能的影响,对不同改进工艺进行了分类与总结,重点讨论了新型低温添加剂在LIC中的应用,最后总结了新一代低温电解液的研究进展并对具有宽温度工况的下一代LIC提供了初步展望.

炭含量对MoS_(2)/GR复合电极材料电化学性能的影响

将Hummers法制备石墨烯产生的副产物经过高温炭化和氢氧化钾(KOH)活化后得到石墨烯残留炭(GR)。以GR、钼酸钠及硫脲为原料,在pH=3的前置溶液中,通过简单的一步水热法制备了二硫化钼/石墨烯残留炭(MoS_(2)/GR)复合电极材料。通过改变GR的加入量(5%、10%、15%),探究其对MoS_(2)/GR电化学性能的影响。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电化学工作站对复合电极材料的结构、形貌及电化学性能进行表征和测试。结果表明:GR的加入会降低MoS_(2)的结晶度;随着GR加入量的增加,MoS_(2)/GR的尺寸会逐渐减小。当GR加入量为15%(质量分数)时,制备的样品15MoS_(2)/GR具有最高的比电容(312.0F/g),相较于纯MoS_(2)(110F/g)比电容提升了近3倍,并且在5A/g电流密度下循环1000次后,容量保持率为96.3%,表现出良好的循环稳定性。定量动力学计算表明,15MoS_(2)/GR的储能方式以扩散贡献为主。

超级电容器的动态电压均衡方法的研究

分析了常见的超级电容器电压均衡方式,电阻均衡方式在充电过程中几乎没有均衡能力,限压型有源均衡方式仅在超级电容器单体电压超过限压值后才有均衡作用,实际的均压效果不十分理想;针对这些问题,提出了超级电容器的动态电压均衡方式。分析了比较器式动态电压均衡方式及其存在的问题,以及比较式动态电压均衡方式改进方式—放大器与死区电压结合的动态电压均衡方式。分析晶体管发射极输出方式的特点及存在的问题,提出了输出级应用MOSFET的解决方案。得到了不同初始电压条件及不同电容量条件下充、放电的实验结果,验证了应用MOSFET输出的放大器方式的超级电容器动态电压均衡是一种有效、实用的解决方案。

纽扣型液体双电层电容器的研制

极化电极、电解液和隔离膜是液体双电层电容器的主要组成部分。实验分析了它们对电容器电性能的影响。在此基础上 ,试制出的模型电容器的电容量 C超过 1F,漏电流 IL (2 V偏压下 )小于 0 .5 m A,等效串联电阻 ESR低于 10Ω。

回收再用绝缘油中抗氧剂的缺失对电力电容器热稳定性的影响

对电力电容器使用回收再用绝缘油(回油)后造成损耗异常增大的问题进行了研究,利用红外光谱分析、色-质谱联用分析及介质损耗因数测量等方法对运行前后的电容器的绝缘膜和油进行了理化分析。结果表明影响电容器损耗的主要因素是液体介质油,而不是固体介质膜,并发现使用回油的损耗异常电容器内已不含作为抗氧剂的酚类。进一步通过油样的热老化实验和模型电容器的电老化实验证明了回油中抗氧剂的缺失是造成电容器损耗异常增大以及热不稳定的主要因素。

基于协同控制的超级电容均压策略

为解决超级电容单体电压低,串联使用时存在的电压不均衡问题,提出一种基于协同控制的开关电容均压策略。对超级电容的数学模型进行了分析,建立了超级电容等效电路;介绍了开关电容均压原理,在此基础上,设计了协同控制器,并对协同均压控制律的稳定性进行了证明。仿真和实验验证了协同均压策略的正确性,可以较好地实现串联电容间的均压。

溴代8-氧杂-螺[4,5]季铵盐的合成

以吗啡啉,1,4-二溴丁烷和无水碳酸钾为原料,以水为溶剂,通过季铵化反应合成出溴代8-氧杂-螺[4,5]季铵盐.研究了原料比、反应温度、回流时间对吗啡啉转化率的影响,结果表明,吗啡啉、1,4-二溴丁烷、无水碳酸钾的用量分别为0.10 mol,0.14 mol和0.11 mol,回流3 h,反应温度为110℃时,吗啡啉转化率达91.7%.最终采用核磁共振、红外光谱、热重分析和液相色谱-质谱联用对产物的结构进行了表征.

智能电容器应用

近年来,随着我国电力工业的不断发展,大范围的高压输电网络逐渐形成,同时对电网无功功率的要求也日渐严格。电网无功功率不平衡将导致系统电压的巨大波动,严重时会导致用电设备的损坏。因此,研究无功补偿及其部件的发展具有重要的社会和经济意义。

液相沉淀法制备的棒状α-MnO_2研究

采用硫酸锰和高锰酸钾为原料,用液相沉淀法制备α-MnO2,经XRD、SEM、差热热重、循环伏安和恒流充放电测表征分析.结果表明,硫酸锰和高锰酸钾在80℃的条件下,反应4h,得到分散均匀、棒径约10 ～20 nm的α-MnO2粉体,在1 mol/L的Na2SO4电解液中扫描速度为75 mV/s,表现出较好的循环特性,300 mA/g恒流充放电,比电容为112.6 F/g,阻抗为0.75 Ω.

浅谈电力系统中电容器常见故障与运行维护

在电力系统中,电容器由于它不可缺少的作用历来为电力系统所重视,随着我国电力设备设计水平及制造工艺的不断改进和提高,电容器的质量必定会进一步提高。目前,集合式电容器正在逐步替代传统的电容器组,新设备新工艺也将带来新的问题,对电容器故障的分析及处理还将是一个必要而长期的工作。文中主要针对电力系统中电容器常见故障与运行维护进行分析论述,仅供参考。

石墨烯面间距和碳纳米管直径对双电层电容器电容的影响

双电层电容器作为一种新型储能装置因为功率密度大、使用寿命长、清洁环保等优点在设备储能、电动汽车和电网等领域具有巨大潜力。虽然如此,其能量密度低的缺点却阻碍了其应用。通过增大其电容可提高其能量密度,因此采用分子动力学模拟(MD)的方法研究了石墨烯面间距(狭缝孔径)和碳纳米管直径(圆孔直径)对面积比电容的影响规律,以此间接反映石墨烯面间距和碳纳米管直径对能量密度的影响。通过分析K+和H2O的分布规律,发现在狭缝孔中,当K+呈单层分布(面间距小于0.5 nm)时,电容随着面间距减小而增加;K+呈双层分布(面间距介于0.5~0.803 nm)时则相反;而在圆孔中,电容随直径呈振荡变化,并且由于曲率,其面积比电容比狭缝孔的大得多。

从电容器油的分子结构看性能

论述了当电容器油的清洁即净化合格时,油的基本性能是由其分子结构决定的。

并联电容器装置参数化与标准化研究

作为重要的无功补偿设备,并联电容器装置被广泛应用于输变电系统中。单元电容器是该装置的重要组成部分,其标准化程度会影响实际生产的经济性与便捷性。本研究以10 kV电压等级的并联电容器装置为例,对并联电容器装置的参数化与标准化进行研究,将物理问题转化为数学问题,提出单元电容器元件参数化的思路与方法,并指出统一元件规格对生产制造的实际意义。通过定值计算和定性分析,阐述保护定值的影响因素,表明元件标准化不会对保护定值带来不利的影响,且标准化后可承受的击穿元件数量增多,可靠性提高,为今后电容器标准化工作的开展提供一定参考。

电力系统中电容器的使用

电力电容器是变电站内主要的无功补偿装置，目前除特殊情况外，各电压等级的变电站均安装了电力电容器，作为无功补偿的主要装置，特别是在各农业变电站，无功补偿装置已得到了广泛普及，极大地提高了电网运行质量；不仅是在变电站，在农村各低压供电台区，也开始试行安装随机补偿装置，用来补偿供电末端电压等指标不均衡的情况。

CuO/KCu_(7)S_(4)复合纳米材料的制备及其超级电容器性能

采用接替离子层吸附反应(SILAR)沉积法成功地在KCu_(7)S_(4)微米线上沉积CuO纳米片得到CuO/KCu_(7)S_(4)复合纳米材料,并应用于超级电容器的电极。通过对该纳米复合材料表征表明,随沉积次数增加,CuO的含量增加,该CuO为片状结构,均匀地分布于KCu_(7)S_(4)微米线上。在1A/g的电流密度下,沉积次数分别为0、20、40和60的样品比电容分别为10.04、25.52、30.84和40.92F/g。CuO/KCu_(7)S_(4)-60在0.7A/g的电流密度下比电容为47.6F/g,并且在5A/g的电流密度下进行1000次的循环充/放电测试后比电容增加到初始电容的117.29%。

碳纸负载氧化铜的制备及其超级电容器性能

采用重铬酸钾洗液对碳纸(CP)进行活化处理,得到改性碳纸(ACP)。采用接替离子层吸附反应(SILAR)沉积法在ACP上沉积CuO得到CuO/ACP复合电极材料,在沉积温度分别为40、60和80℃下接替沉积50次得到CuO的沉积量分别为33.40、43.18和68.61μg/cm^2。采用多种技术手段对CuO/ACP进行表征,研究结果表明CuO纳米片均匀分布于ACP上。电化学研究表明CuO/ACP-80复合电极在1mV/s扫描速度下的比电容为50.29mF/cm^2,而在0.2mA/cm^2电流密度下的放电比电容为20.86mF/cm^2。循环稳定性测试表明,1000次循环充/放电后的电容保持率为98.82%。以上结果表明,CuO/ACP复合材料在超级电容器上具有潜在的应用前景。

石墨烯纸/碳纳米管多孔柔性电极在超级电容器中的应用

基于石墨烯纸、碳纳米管和MnO_(2)制备了具有相互连通孔洞的三维自支撑结构,然后将这种三维复合结构制成了超轻且柔性的超级电容器.该结构具有良好的导电性、柔韧性和机械性能,可作为超级电容器的自支撑电极.通过恒流充放电测试,发现这一电极具有360 F/g的比电容.将该电极对称组装成超级电容器(面密度小于4 mg/cm^(2),厚度小于30μm),能量密度最高能达到10 Wh/kg.其良好表现可广泛应用于柔性轻质超级电容器中.