石墨烯基氮掺杂多孔碳的制备及其储能性能

以氧化石墨烯为结构诱导试剂,以葡萄糖酸锌为碳源,尿素为氮源制备二维氮掺杂多孔碳。氧化石墨烯可以诱导二维结构的形成,并且高温炭化得到的石墨烯可有效地改善多孔碳材料的电子传输能力,葡萄糖酸锌中的锌离子可在高温下挥发继而作为造孔剂改善多孔碳的孔道结构,而尿素引入的氮原子可以提供赝电容改善电化学性能。通过尿素用量以及炭化温度的调控,优化二维氮掺杂多孔碳的制备条件,以其作为电极材料应用于超级电容器中,展现了优异的性能。结果表明:在0.1A/g的电流密度下,二维氮掺杂多孔碳电极展现了176.8F/g的容量,在10A/g下依旧可以保持71.9%的倍率。以二维氮掺杂多孔碳为电极制备的对称电容器在5A/g的电流密度下循环10000次后依然可以保持初始容量的80.4%,展现了优异的循环稳定性。

超级电容器的能量限制与提升措施

介绍了超级电容器是一种新型的绿色能量存储装置,具有高功率、良好循环寿命和工作温度范围广等优点,但是其能量密度较低,甚至达不到新型锂离子电池能量密度的十分之一,成为了限制超级电容器应用的主要问题。文章指出传统超级电容器能量密度限制因素包括:仅电极表面活性物质参与反应,电极电势充放电过程中会不断变化,以及充电过程中电解液离子的消耗等。减少电解液中离子的消耗与提升电极容量成为了解决能量密度较低的有效措施,目前研究的重点包括采用混合型结构、锂离子型结构的超级电容器等。文章指出锂离子电容器结合了传统双电层电容器和锂离子电池的优势,在保持高功率密度的同时提升了能量密度,是一种极具发展前景的混动和纯电动汽车电源。由于预嵌锂的负极也可作为锂的来源,因而锂离子电池可以选择更多的正极材料,从而开启了锂离子电池研究的新大门。

超级电容器电极材料研究进展

作为一种介于电池和传统电容器之间的新型储能装置,超级电容器在性能方面很大程度上缩小了两者之间的差距。总结了适用于超级电容器的各种电极材料,按照储能机理的差异对其进行分类,总结了不同类型超级电容器的最新研究成果,并举例说明了不同类型超级电容器的优缺点。

Mn-基超级电容电极材料的研究进展

随着世界经济的快速发展,伴随着化石能源的消耗和严重的环境污染问题出现,积极开发和利用可替代再生清洁能源和能源储存元件显得极为重要.超级电容器,具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、绿色环保等特点被视为最具有潜在实际应用前景的储能装置之一,近年来受到广泛关注.在超级电容器电极材料研究中,由于Mn的氧化态最多,其中大多数Mn-基材料具有特殊的隧道结构,有利于进行氧化还原反应,因此具有非常高的理论电容量,使得Mn-基材料成为极具潜力的储能电极材料.近十年来,人们对Mn-基电极材料进行了深入的研究,并取得突破性的进展.电极的比电容与活性物质的负载质量以及形貌之间存在着及其密切的关系,对Mn-基电极材料的研究集中在物种的结构设计和控制Mn-基物种的形貌来暴露更多的活性位点,在不限制负载质量的情况下,缩小实际电容和理论电容之间的差距.虽然Mn一基材料有诸多优点且最近几年的研究也取得极大的突破,但Mn-基材料本身电导性较差,现有设计的结构还不够优化,结构所暴露的氧化还原活性位点数量不够丰富,其呈现的电化学性能仍远未达到理论容量,亦未能满足实际应用的需要.最近已有关于碳材料复合、形貌及结构改性和合成方法优化等方面对Mn02-基电容器进行综述的报道,但没有不同Mn-基材料电容器相关的综述报道,本文分别从Mn-基材料的储能机理、晶体结构、改性方法以及不同活性物种MnOz、MnO、Mn3O4,Mn(OH)2和其他Mn-基材料的优缺点等方面进行综述,并提出进一步改进材料电化学性能的方向.

超级电容器用石墨烯-聚苯胺复合材料的研究进展

超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长和维护成本低的特点,在电动车动力电池领域具有潜在的应用前景。超级电容器性能主要由其电极材料所决定。聚苯胺易合成、理论比容量高,而且导电性能优异,作为超级电容器电极材料有很高的应用价值。但是,在长期使用过程中,它的体积容易发生膨胀或收缩,循环寿命差。为了解决这个问题,将聚苯胺与石墨烯复合可以扬长避短,充分利用两者之间的协同效应,赋予复合材料优异电化学电容性能。本文综述了超级电容器用石墨烯-聚苯胺复合材料的制备方法,包括原位聚合法、油水界面合成法、电化学合成法、层层自组装法等;提出了三维网状石墨烯和对石墨烯-聚苯胺复合材料进行改性来提高复合材料的电化学电容性能的思路。

超级电容电池

本文比较了超级电容器、锂离子电池和超级电容电池的结构、原理、研究现状和发展前景。超级电容电池的正极具有超级电容器电极的结构和双电层储能机制,负极具有类似锂离子电池负极的结构和快速电化学储能机制。超级电容器和锂离子电池的发展空间都很有限,而作为两者结合的产物的超级电容电池可兼具高比功率、高比能量、高放电电压和长循环寿命的优点,是未来储能电池的发展方向之一,但还面临缺乏具有高分解电压的电解液和高充电电压下电解液中离子枯竭的问题。