基于水系超级电容器的工作电压扩充研究进展

随着便携式可穿戴电子设备的快速发展,柔性超级电容器储能设备变得越来越重要。其中廉价和环保的水系超级电容器具有高导电性、高倍率性能和长循环寿命,但是因其不能完全利用电活性材料的电化学窗口,造成能量密度相对较低。文章通过解析水系超级电容器电压受限机制,从电容器正负极非对称设计、电解液的调控和电极表面的改性3个方面,对现有扩充工作电压方法的研究现状进行总结,为基于水系超级电容器的工作电压扩充研究提供参考。

混合型水系超级电容器建模及其参数辨识

论文在深入分析混合型水系超级电容器工作机理的基础上,提出并建立一种可描述其充放电外特性的等效电路模型。首先对混合型水系超级电容器各组成元件进行单独建模;然后综合构成其整体等效电路模型;随后详细讨论了模型参数的辨识方法,推导了参数辨识的模型结构,并采用限定记忆递推最小二乘法辨识模型参数;最后利用实验数据对所建立的模型进行仿真分析和验证。实验和仿真结果证明了本文所建立模型的准确性。

粉末状炭气凝胶的结构调控及其在高电压水系超级电容器中的应用

在成功合成粉末状炭气凝胶(PCA)的基础上,详细研究了PCA构筑单元(高分子纳米球)粒径、羰基交联时间和羰基交联温度等制备条件与PCA纳米结构的关联性,并探索了PCA在高电压水系超级电容器中的应用。实验结果表明,高分子纳米球粒径、羰基交联时间和羰基交联温度对PCA的纳米结构具有显著的影响,所得PCA均具有优良的三维纳米网络结构,其网络单元可在25~100 nm之间进行剪裁,BET比表面积可在392~767 m^2g^(-1)范围内进行调控。由于具有丰富的孔隙率和合理的三维网络层次孔结构,这类PCA材料在1.8 V Na_2SO_4水系超级电容器中显示出高的比电容量、电容保持率以及高效的电化学活性表面,能量密度显著优于其1.0 VKOH水系超级电容器。

兼具高质量和高体积能量密度的水系全金属氧化物不对称超级电容器（英文）

超级电容器只有兼具高质量和高体积能量密度才能拥有更广泛的应用价值.本文采用具有纳米结构及高填充密度的RuO_2(纳米球,1.69 g·cm-3)和Co-Ni氧化物(纳米片,2.14 g·cm-3)分别作为负极和正极材料,成功地构筑了氧化物非对称超级电容器.所得不对称超级电容器具有高电压窗口、高质量比容量(217.5 F·g-1)和高体积比容量(412.3 F·cm-3)、高质量能量密度(61.8 Wh·kg-1)和高体积能量密度(121Wh·L-1)的优良性能,在1.4 V的电压下以2 A·g-1的电流密度历经5000次循环后比容量保持率为87%.

智能包装系统用石墨烯基超级电容器的制备

目的制备具有优异电化学性能的石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰复合纤维水系超级电容器。方法采用超声波分散处理制备氧化石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰混合纺丝液;运用湿纺纺丝工艺制备氧化石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰杂化纤维电极;通过氢碘酸还原和冷冻干燥处理构建具有多孔结构的石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰复合纤维电极;最后,将其组装成两电极水系超级电容器。结果在石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰复合纤维中,纳米纤维素的添加有效抑制了石墨烯片层的自聚集,并显著提升了复合纤维的亲水性和拉伸强度。二氧化锰的加入显著提升了纤维电极的电化学性能。得益于精心的实验设计,石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰复合纤维的拉伸强度为338 MPa。组装后的水系超级电容器具有优异的电容性能和循环稳定性,在电流密度为0.1 mA/cm^2时,面积电容为412.5 mF/cm^2,循环1500次后,电容保持率为87%。结论将切实可行的湿法纺丝策略与精心设计的电极结构相结合,制备的石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰水系超级电容器为可穿戴便携式储能设备和智能包装能源供应系统的发展提供了良好的参考。

二氧化锰含量对活性炭电极电化学性能的影响

本文采用液相法、热分解MnCO_3法以及电解沉积法制备不同二氧化锰粉末,并将其与活性炭复合,应用于水系超级电容器.使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)技术对材料形貌进行表征.使用循环伏安法以及恒流充放电法对其电化学性能进行测试.实验数据表明,α-MnO_2(质量分数70%)掺杂活性炭电极的最大比容量为151F·g^(-1),β-MnO_2(质量分数60%)掺杂活性炭电极的最大比容量为172F·g^(-1),γ-MnO_2(质量分数50%)掺杂活性炭电极的最大比容量为141F·g^(-1),但二氧化锰粉末对电极内阻的影响呈无规律性.