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)。

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。

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。

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。

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。

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。

三维纳米花NiCo-MOF非对称超级电容器储能特性

针对储能器件对高比容量、长寿命、高安全性、绿色环保电极材料的应用需求,利用一步溶剂热法制备三维纳米花镍钴双金属有机框架(NiCo-MOF)电极材料,并与活性炭(AC)一起组装了工作电压窗口可达1.45 V的高性能非对称超级电容器。通过调控优化金属前驱体摩尔比和水热时间制备得到NiCo-MOF电极材料。该NiCo-MOF电极材料在电流密度为1.0 A·g^(-1)下,比容量高达1839.23 F·g^(-1),这主要归因于由薄纳米片组成的纳米花NiCo-MOF提供了较大的比表面积和较多的电化学活性位点,极大地促进了电解质的浸入和氧化还原反应的发生。以NiCo-MOF为正极、AC为负极制备的非对称超级电容器在1.0 A·g^(-1)下,其比容量达到105.27 F·g^(-1),经过1000次循环后,比容量保持率为89.85%。结果表明,三维纳米花NiCoMOF电极材料在超级电容器等储能领域具有较好的应用前景。

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。

三维一体针织结构超级电容器的储能性能

为提高能源储存器件的柔韧性及安全性,开发柔性可穿戴三维一体储能设备。制备二维过渡金属碳化物Ti_(3)C_(2)T_(x)(MXene)/锌(Zn)三维一体针织结构超级电容器(ZSC)。通过透射电子显微镜和X射线衍射仪对MXene纳米片微观形貌和涂层情况进行表征,利用电化学工作站探究其储能性能。结果表明,ZSC具有优异的倍率性能,在电流密度为1 mA/cm^(2)时,ZSC面积电容为345.56 mF/cm^(2)。分析超级电容器的储能机制为负极侧的可逆Zn沉积/剥离和正极离子吸附/解吸。经过10000次充放电循环,ZSC仍具有93.51%的电容保持率和92.43%的库伦效率,且能量密度为25.05μW·h/cm^(2)时,功率密度为10 mW/cm^(2)。ZSC在空气中放置30 d,其储能性能保持稳定,表现出良好的电化学耐久性与稳定性。

表面改性对超级电容器正极材料性能的影响

采用(甲基二茂铁)十二烷基二甲基溴化铵表面活性剂对超级电容器正极材料(镍钴硫化物(NCS))进行表面改性。通过对改性前后NCS材料性能测试,探究NCS表面性质改变对材料电化学性能的影响,结果表明,环己烷溶液中改性的NCS材料在充放电时间、电荷转移能力及离子扩散速率上有所提高,表面活性剂的定向排列改善了NCS材料-电解液的界面动力学,提高了材料的充放电性能。该研究有望为其他领域的电化学储能研究和超级电容器的改良和探索提供探索性思路,具有广泛的应用前景。

以MoS_(2)修饰的3D打印还原石墨烯气凝胶制备微型超级电容器电极

微型超级电容器(MSCs)具有高的功率密度和卓越的循环性能,广泛的潜在应用,因而受到诸多关注。然而,制备具有高表面电容和能量密度的MSCs电极仍然存在挑战。本研究使用还原石墨烯气凝胶(GA)和二硫化钼(MoS_(2))作为材料,结合3D打印和表面修饰方法成功构建了具有超高表面电容和能量密度的MSCs电极。通过3D打印技术,获得具有稳定宏观结构和GA交联微孔结构的电极。此外,采用溶液法在3D打印电极表面加载MoS_(2)纳米片,进一步提高了材料的电化学性能。具体而言,电极的表面电容达3.99 F cm^(−2),功率密度为194μW cm^(−2),能量密度为1997 mWh cm^(−2),表现出卓越的电化学性能和循环稳定性。这项研究为制备具有高表面电容和高能量密度的微型超级电容器电极提供了一种简单高效的方法,在MSCs电极领域具有重要的参考意义。

空位缺陷调控策略构筑高能量密度六方孔洞MXene水系超级电容器

利用碳空位缺陷有序化策略构筑了多层六方孔洞MXene电极材料,在软包超级电容器中实现了高比容量和高能量密度水系钾离子存储。该电极材料具有较大比表面积的三维六方孔洞结构,为储钾提供了更多的活性位点。结合六方孔洞内壁新暴露的钛原子的化合价变化引起的赝电容效应,阐明了多层六方孔洞MXene水系钾离子超级电容器比容量提高的内在原因。通过密度泛函理论计算多层六方孔洞MXene对钾离子的吸附能,并结合电化学储钾性能实验及动力学分析,确定了钾离子被吸附的最佳位置,得出了钾离子的吸附规律。通过定量分析多层六方孔洞MXene中电子的能带结构和差分电荷密度等电子传输规律,揭示了其水系钾离子超级电容器具有高电导率和良好倍率性能的内在机理。

水热/热解转化木质纤维素为超级电容器多孔炭电极材料的研究进展

近年来,木质纤维素高值转化利用受到广泛关注。通过水热和热解将木质纤维素转化为多孔炭,并用于超级电容器,是实现木质纤维素高值化利用的一条重要途径。本文重点介绍了水热炭和生物炭在制备、形成机理、理化性质等方面的研究进展;关注了操作参数对水热炭和生物炭理化性质的影响;重点探讨了水热炭和生物炭功能化制备多孔炭的方式,包括孔结构优化和表面特性优化的方式。