功能化碳纳米管膜负载聚(2,5-二羟基-1,4-苯醌硫)柔性电极的制备及在柔性非对称超级电容器中的应用

通过对碳纳米管(CNT)膜进行重氮化处理,制备对氯苯胺修饰碳纳米管(pca-CNT)膜,并以pca-CNT膜为基底,原位缩聚生长聚(2,5-二羟基-1,4-苯醌硫)(PDBS),构筑pca-CNT负载PDBS(pca-CNT@PDBS)柔性电极。采用场发射扫描电镜、透射电镜、能谱仪、傅里叶红外光谱和光电子能谱等表征了pca-CNT@PDBS电极材料的形貌和结构,研究了CNT膜功能化之后对电极材料结构及电化学性能的影响。研究表明,当电流密度为1mA/cm^2时,pca-CNT@PDBS柔性电极的比电容达到108.0mF/cm^2,明显高于PDBS电极材料(65.6mF/cm^2)和纯碳纳米管膜负载的PDBS(CNT@PDBS,83.2mF/cm^2)。分别以pca-CNT@PDBS、CNT@PDBS为柔性正极,以CNT膜负载的聚(1,5-二氨基蒽醌)(CNT@PDAA)为柔性负极,与丙烯酸酯橡胶/四乙基四氟硼酸铵-乙腈准固态电解质(ACM/Et4NBF4-AN)匹配组装,得到柔性有机非对称超级电容器。当电流密度为2mA/cm^2时,pca-CNT@PDBS//ACM/Et4NBF4-AN//CNT@PDAA的比电容为79.6mF/cm^2;当功率密度为63.5 mW/cm3时,其能量密度达到1.63 mW·h/cm3。CNT@PDBS//ACM/Et4NBF4-AN//CNT@PDAA在循环7 500次以后,比电容保持率仅为30.5%,而pca-CNT@PDBS//ACM/Et4NBF4-AN//CNT@PDAA循环充放电8 000次后,比电容保持率为80.5%,循环稳定性较前者大幅提高。

WO_3/碳布柔性非对称超级电容器的组装及性能研究

以超级电容器的电极材料制备、性质研究及对组装的非对称超级电容器的性能研究为核心内容,提高超级电容器电化学性能为主要目的,采用水热合成法在碳布基底上合成三氧化钨/碳布和活化后的碳布为超级电容器的电极材料.采用SEM、XRD表征方法对制备的材料进行了形貌表征及物相分析;使用上海辰华电化学工作站对电极材料进行了循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学性能测试.最终得到以三氧化钨/碳布为正极材料、活化后的碳布为负极材料组装成不对称柔性电容器,进行电化学测试,其电位窗口提高到0~1.6 V,电流密度61.9m A·cm-2时,电容达到58.96 F·cm-2,功率密度0.48 W·cm-2时,能量密度为20.36 m Wh·cm-2,同时在电流密度8m A·cm-2时,循环3000次时表现出良好的循环性能,相较于对称型超级电容器,倍率性能更加优异.

全纤维基柔性非对称超级电容器的构建与性能研究

随着可穿戴电子产品需求的不断增长,开发高储能性能且机械稳定性优异的柔性电荷存储设备非常必要。采用简易电沉积法,在柔性的单簇碳纤维(CF)上制备了全纤维基聚苯胺(PANI)和WO_(3)正负极,并匹配成全纤维基柔性非对称超级电容器(ASCs)。结果表明:当扫描速率为10 mV∙s^(−1)时,沉积时间为20 min的纳米蠕虫状CF@PANI正极的长度比电容为15.17 mF∙cm^(−1),而沉积时间为5 min的CF@WO_(3)纳米绒毛负极的长度比电容为37.06 mF∙cm^(−1);将二者匹配制成准固态ASCs,该电容器显示出优异的电化学性能及机械稳定性,其长度比电容高达3.89 mF∙cm^(−1),并且具有优异的倍率性能;此外,这种纤维状的储能器件具有优异的力学稳定性,以任何角度进行弯曲或缠绕,其仍能保持电容性能稳定。由于该纤维状器件是基于碳布纤维,所以很容易将其缝制于衣物中作为可穿戴的储能纺织品。综上,这种新型的全纤维基ASCs在未来可穿戴电子设备的应用中具有巨大潜力。

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.

金属氧/硫化物修饰石墨烯复合纤维及其柔性超级电容器

纤维型柔性超级电容器由于其高功率密度、长循环寿命、微型化、优异柔韧性等特点,在可穿戴电子产品、智能织物领域备受关注。以氧化石墨烯和片状二硫化钼为混合纺丝液,通过限域水热法组装制备二硫化钼/石墨烯复合纤维,并在纤维表面原位均匀沉积二氧化钌,制备二氧化钌@二硫化钼/石墨烯复合纤维(RuO_(2)@MoS_(2)/GF)。采用SEM、TEM、XPS、XRD等测试方法对复合纤维进行结构形貌表征,并组装纤维型超级电容器,评价其在凝胶电解质体系的电化学性能。结果表明:在电流密度为0.2 mA/cm^(2)时,RuO_(2)@MoS_(2)/GF的比电容为685 mF/cm^(2),同时具有良好的循环稳定性,充放电循环6000次后,比电容保持率80%;通过将纤维型超级电容器串联,实现为电子计时器实际供能,促进石墨烯纤维在智能可穿戴领域的应用。

柔性超级电容器电极材料PANI/CB/PAN的制备及其性能研究

通过静电纺丝结合原位聚合的方法制备了聚苯胺(PANI)/炭黑(CB)/聚丙烯腈(PAN)电极材料;利用红外光谱和扫描隧道纤维镜分析了材料的结构,并对制备的样品进行电化学检测。结果表明,在0.5 mA/cm^(2)的电流密度下,PANI/CB/PAN放电时间为28.03 s,面积比电容为9.427 mF/cm^(2),实现了柔性超级电容器电极材料放电时间的延长和比电容的有效增长。该材料有望在柔性超级电容电极方面得到广泛应用。

MXene/芳纶纳米纤维柔性自支撑电极的构建及其在超级电容器中的应用

随着可穿戴电子产品的微型化发展,开发轻柔、灵活、体积小、能量密度高的柔性储能器件成为研究的热点。以芳纶纳米纤维(aramid nanofiber,ANF)作为纤维增强柱撑材料,采用真空抽滤的方法制备MXene/ANF柔性自支撑电极,避免引入集流体和黏合剂等“死体积”,并将其组装成全固态对称超级电容器。随着ANF含量增加至15%(质量分数),MXene/ANF自支撑电极的拉伸断裂强度增加至151.5 MPa,而电导率降低至1371.1 S/cm,在1 A/g的电流密度下表现出432.7 F/g的高比电容。组装的柔性对称全固态超级电容器的能量密度为25.7 Wh/kg,对应的功率密度为523.1 W/kg,具有优异的柔韧性和长循环寿命(10000周次循环充放电后,电容保持率为88.9%)。

碳基纤维状柔性超级电容器的研究进展

简单介绍了碳基纤维状柔性超级电容器的工作原理及纤维状电极的制备方法;详细综述了石墨烯纤维、碳纤维、碳纳米管纤维三种碳基纤维状柔性超级电容器的研究现状,其中重点讨论了三种碳基纤维的各自的特性和改良方案,简单总结了碳基纤维状柔性超级电容器的实际应用;最后展望了碳基纤维状材料在柔性超级电容器领域存在的问题及未来的研究方向。

生物质柔性超级电容器的研究进展

随着对能源存储设备的成本、绿色和安全性能等方面需求的不断提升,柔性超级电容器展示出代替传统超级电容器、占据新能源市场的潜力。由于柔性超级电容器的能量密度低,电势窗口范围小,研究者们一直致力于研究新型电极材料和电解质。近年来,生物质因来源广、环保、经济等优点成为研究热点,将其作为柔性电容器的电解质和电极材料,是实现绿色、环保、经济、安全、可持续发展的重要方向。本文对柔性电容器的生物质电极材料和电解质的现状及发展趋势进行论述,分析了生物质柔性电容器存在的问题,对未来的发展趋势进行了展望。

导电聚合物基柔性固态超级电容器的组装及性能研究

导电聚合物基柔性固态超级电容器是一种具有高性能和广泛应用潜力的能量存储设备。为此研究导电聚合物基柔性固态超级电容器的组装方法,并对其性能进行测试。在组装过程中,首先需选择导电聚合物基材料,之后制备电极材料和聚合物电解质,最后对电容器进行组装封装。通过容量衰减率、能量密度、功率密度来测定电容器的循环稳定性及热稳定性,结果表明在适当的条件下,导电聚合物基柔性固态超级电容器具有优秀的性能,能提供高效的能量存储和快速释放,在极端条件下表现出色。

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。

炭基非对称型超级电容器的研究进展

基于碳材料的超级电容器因其高功率密度、快速充放电能力而在电化学储能技术领域发挥着重要的作用,但是较低的能量密度严重限制其发展应用。相较于常规对称型超级电容器,非对称型超级电容器可以充分利用理论工作电压窗口,大幅拓宽工作电压进而提升整体能量密度。本文简单介绍了非对称型超级电容器的优势与分类,以及在电极电位拓宽策略方面的最新研究进展,为未来开发新型超级电容器提供参考方向。

ZnCo_(2)O_(4)-ZnO@C@CoS核壳复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

超级电容器以其高功率性能、稳定的循环性能和优良的安全性等独特优势,作为储能器件在新能源汽车和移动电子设备等方面极具前景。然而,其能量密度相对较低,限制了实际应用。为提升电化学活性,本研究通过简便的溶剂热法、煅烧处理和电化学沉积技术,在碳包覆的ZnCo_(2)O_(4)-ZnO微球上沉积了CoS纳米片(ZCO-ZO@C@CoS)。碳层不仅可以促进电子传输,增强导电性,还提升了结构的稳定性;CoS纳米片之间形成的开放网络空间促进了离子快速传输。此外,CoS纳米片具备丰富的电活性位点,实现了快速可逆的氧化还原反应;核壳结构内部的纳米线、碳层和外层纳米片的共同作用,有效提升了材料的整体电化学性能。因此,ZCO-ZO@C@CoS在1.5 A·g^(−1)时的比电容达到1944 F·g^(−1)(972.0 C·g^(−1)),20 A·g^(−1)高电流密度下循环10000次后比容量保持率为75%。由ZCO-ZO@C@CoS(正极)和活性炭(负极)组成的非对称超级电容器器件也表现出优异的比电容、高的倍率性能和优异的循环稳定性,显示出良好的应用前景。

高性能镍钴磷化物的制备及其在超级电容器中的应用

过渡金属磷化物作为新兴的超级电容器材料受到越来越多的关注。以碳布(carbon cloth,CC)为基底,先以氯化镍、硝酸钴为原料通过水热法获得镍钴硫化物,再以次亚磷酸钠为原料,通过低温磷化法最终获得镍钴磷化物(Ni1/2Co_(1/2)P/CC)。电化学测试结果表明:在电流密度2 mA/cm^(2)下,Ni_(1/2)Co_(1/2)P/CC的比电容高达0.87 F/cm^(2),在30 A/cm^(2)下充放电2000次后,电容保持率为80.22%。此外,以Ni_(1/2)Co_(1/2)P/CC为正极,活性炭(activated carbon,AC)为负极组装的非对称超级电容器(Ni_(1/2)Co_(1/2)P/CC∥AC/NF)在104.99 mW/cm^(3)的功率密度下,能量密度高达0.25 mWh/cm^(3)。

高性能钴铝双金属氢氧化物超级电容器储能性能研究

设计高性能电极材料是提高超级电容器比电容的关键,具有挑战性。在此通过简单的共沉淀法制备了具有三维层状结构的电极材料。电化学测试表明,CoAl-LDH电极在1 Ag−1时的比电容可达805.0 Fg−1,循环4000圈后,比电容仅衰减5.7%。将CoAl-LDH作为正极,办公废纸衍生的碳材料AC为负极构建非对称超级电容器。基于CoAl-LDH//AC的非对称超级电容器(ASC)在749.2 W kg−1时具有34.9 Wh kg−1的高能量密度,并且在3000次循环后具有出色的容量保持率95.6%。并由两个串联器件驱动风扇模型和小船模型。

柔性固态非对称超级电容器电极材料的研究进展

综述了柔性固态非对称超级电容器关键元器件和材料的研究现状,重点介绍了柔性固态非对称超级电容器体系的材料选择与性能改善方面的研究进展,其中包括碳材料/过渡金属化合物材料和过渡金属氧化物/过渡金属氧化物材料等。同时还综合分析了选择不同材料体系的柔性固态非对称超级电容器结构与性能,并对该领域的发展趋势进行了展望。

导电纤维基柔性超级电容器的研究进展

近年来,纤维状超级电容器因为在能量存储和机械灵活性方面的独特优势而成为新兴电子领域的有力竞争者。简要介绍超级电容器的工作原理,重点介绍导电纤维在柔性超级电容器中的应用现状以及金属纤维、碳纤维、碳纳米管纤维和石墨烯纤维,指出该领域面临的挑战和未来的发展方向,希望能够启发具有不同研究背景的科学家进入这一领域,促进其繁荣和发展,开创一个真正的智能纤维新时代。

碳材料在柔性超级电容器中的研究进展

轻便灵活的柔性超级电容器在可穿戴和便携式电子储能装置中有着潜在的应用前景。碳材料因具有优异的柔韧性、良好的导电性和较大的比表面积,通常在柔性超级电容器中发挥着柔性基底和导电活性填料的作用。本文首先综述了双电层、赝电容以及混合型超级电容器的储能机理。其次分别介绍了以碳材料作为柔性基底和导电活性填料的最新研究进展。碳材料作为柔性基底复合赝电容材料时,既可以提供大的比表面积,也可为氧化还原反应提供大量活性位点;而作为其他柔性基底的导电活性填料时,既能够改善赝电容材料稳定性的问题,也为电解质离子提供传输通道。文章最后提出了当下柔性超级电容器电极在力学性能、制备方法和评价标准中面临的相关问题。

聚苯胺基柔性凝胶电极的制备及其在超级电容器的应用

可承受大而复杂变形的能量存储设备的开发对于新兴可穿戴电子设备至关重要。目前,由导电聚合物制成的水凝胶在加工过程中实现了高电导率和多功能性的融合。利用简单的两步共聚方法成功构建了一种具有丰富微孔结构的水凝胶超级电容器:聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酰胺(PAM)形成双交联网络水凝胶,赋予刚性聚苯胺柔性,此外,聚丙烯酰胺提高了聚苯胺基水凝胶的机械强度,使得聚苯胺基(NPP)水凝胶具有良好的力学和电化学性能,在1 A·g^(-1)其抗拉强度和比电容分别为0.3 MPa与269.12 F·g^(-1)。聚苯胺(PANI)的添加减小了聚乙烯醇和聚丙烯酰胺双交联网络水凝胶(PP)电极的内阻,其修饰后的电阻值为39.184Ω,这使得NPP水凝胶实现了较高的电子传输能力。这种水凝胶的灵活开发集成为能源系统提供了一种替代策略,适合于超级电容器等多种应用。

微流控纺丝制备石墨烯纤维基柔性超级电容器的研究进展

为更好解决石墨烯纤维基超级电容器在柔性储能领域所面临的微结构调控困难、电化学性能不足的问题,对微流控纺丝制备石墨烯纤维基柔性超级电容器的研究展开论述。介绍了微流体纺丝通道的类型及其构筑方法,随后聚焦于微流体在微通道中的流体流动行为和凝固机制;在此基础上,围绕纤维结构-性能关系和柔性储能应用介绍了微流控纺丝技术在制备石墨烯纤维基柔性超级电容器方面的研究进展。分析认为:石墨烯纤维基超级电容器具有能量密度高、柔性好、安全性高等特点,在可穿戴电子设备供能领域拥有巨大潜力;为进一步优化纤维微观结构与化学组成,未来发展微流控纺丝制备石墨烯纤维基电极需要综合考量纺丝芯片设计加工、流体数值模拟、纤维微结构构筑3个方面因素。