功能性传感器与超级电容器集成设备的设计

阐述功能性传感器和超级电容器的灵敏度、电容保持率和响应时间,探讨集成设备中的不同传感器件类型,包括力传感、温度传感、气体传感、多功能传感特点。分析该类集成设备储能性能和灵敏度的优化策略。

预嵌锂石墨材料制备超级电容器性能试验研究

制备变电站超级电容器的正极为活性炭,负极为预嵌锂石墨,通过恒流充放电、交流阻抗谱、循环伏安等方法对所制备电容器的电化学性能进行测试。通过与传统双电层电容器相比较可发现,制备的超级电容器所具备的电化学性能较好,其工作电压从2.2 V升至3.8 V,且能量为传统双电层电容器的3.58倍;当以200 m A/g的电流在2.0~3.8 V下循环2 000次时,其放电电容的保持率可高达97.8%。

抗冻大豆蛋白基凝胶电解质的制备及应用

以大豆蛋白(SPI)、丙烯酰胺(AAm)和ZnCl_(2)为原料,热引发聚合制备了一种具备抗冻特性的大豆蛋白基凝胶电解质材料,探究了温度对材料离子电导率和力学性能的影响,并分析了其作用机制。研究结果表明:该凝胶电解质具有优异的抗冻性能,其中ZnCl_(2)的引入形成了大量Zn^(2+)的溶剂化结构,破坏了水分子间的氢键,降低了凝胶电解质的凝固点;凝胶基体和盐离子的协同作用赋予了凝胶电解质高压缩回弹性和耐疲劳强度。对凝胶电解质的低温离子电导率分析表明:ZnCl_(2)≥5 mol/kg,凝胶电解质在-30℃的低温下离子电导率仍有3.65×10^(-3) S/cm。对凝胶电解质的低温力学性能分析发现:凝胶电解质在-30℃下经历应变为80%的100次压缩循环后仍能保持结构完整,应力保持率>85%,塑性变形率为15%。同时,利用凝胶电解质组装的电化学电容器表现出良好的耐低温性能,电流密度5 A/g下,器件在-30℃下仍能够正常工作,其电容保持率达83.2%,在-30℃下经历10000次循环充放电电容保持率达92%。

氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

采用水热法制备了氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料及作为比较的三维石墨烯、氢氧化镍纳米线、还原氧化石墨烯和氢氧化镍纳米线/还原氧化石墨烯,通过X射线衍射、扫描电镜、热失重分析和氮气吸脱附表征了材料的形貌、结构和组成,并采用循环伏安法和恒电流充放电测试了复合材料的电化学性能.结果表明:氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料中直径为20-30 nm的氢氧化镍纳米线和三维结构的石墨烯紧密结合,相互交联形成网状结构,其比表面积达到136 m2·g-1,孔径分布20-50 nm,氢氧化镍纳米线的含量达到88%(w,质量分数).在6 mol·L-1的KOH电解液中,复合材料的比电容在1 A·g-1电流密度下达到1664 F·g-1,在1 A·g-1电流密度下循环3000次后的比电容保持率为93%.将复合材料的比电容和循环性能与氢氧化镍纳米线、氢氧化镍纳米线/还原氧化石墨烯、三维石墨烯和还原氧化石墨烯的性能进行比较,发现三维石墨烯较还原氧化石墨烯具有更高的比表面积和三维多孔结构,可以更大地提高活性物质的利用率,进而提高复合材料的比电容和稳定性.

碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料的制备及性能研究

柔性超级电容器作为一种储能器件,具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、比电容高等优点,可满足可穿戴器件的需求,而柔性电极材料是决定柔性超级电容器发展的关键因素,它决定着电容器的主要性能指标。采用混纺的方法制备了碳纤维含量为20%(质量分数)的碳纤维/棉纤维混纺纱线,然后通过电化学沉积法在碳纤维/棉纤维混纺纱线上生长聚吡咯颗粒,成功制备了20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱分析仪和电化学工作站研究了复合材料的形貌、聚吡咯沉积情况以及复合材料的电容性能。结果表明,20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料中,聚吡咯颗粒直径为30~60 nm,且沉积均匀,化学活性较高;在1.02 mA/cm^2电流密度下,复合材料的最大比电容达到1.28 F/cm^2,其高比电容归因于电极的独特结构;复合材料具有良好的柔韧性、机械稳定性和充放电循环寿命,其经过6000次弯曲循环后,电容保持率仍有80%以上,可以用作柔性可穿戴超级电容器的电极材料。

Synthesis, characterization and electrochemical performance of AlF_3-coated Li_(1.2)(Mn_(0.54)Ni_(0.16)Co_(0.08))O_2 as cathode for Li-ion battery

Li-rich layered transitional metal oxide Li1.2(Mn0.54Ni0.16Co0.08)O2 was prepared by sol-gel method and further modified by AlF3 coating via a wet process. The bare and AlF3-coated Li1.2(Mn0.54Ni0.16Co0.08)O2 samples were characterized by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscope(SEM), and high resolution transmission electron microscope(HRTEM). XRD results show that the bare and AlF3-coated samples have typical hexagonal α-Na Fe O2 structure, and AlF3-coated layer does not affect the crystal structure of the bare Li1.2(Mn0.54Ni0.16Co0.08)O2. Morphology measurements present that the AlF3 layer with a thickness of 5-7 nm is coated on the surface of the Li1.2(Mn0.54Ni0.16Co0.08)O2 particles.Galvanostatic charge-discharge tests at various rates show that the AlF3-coated Li1.2(Mn0.54Ni0.16Co0.08)O2 has an enhanced electrochemical performance compared with the bare sample. At 1C rate, it delivers an initial discharge capacity of 208.2 m A·h/g and a capacity retention of 72.4% after 50 cycles, while those of the bare Li1.2(Mn0.54Ni0.16Co0.08)O2 are 191.7 m A·h/g and 51.6 %, respectively.