双碳基电极锂离子电容器的研究进展

锂离子电容器结合了锂离子电池和超级电容器的优点，可用于新能源储能等领域。双碳基电极锂离子电容器是现阶段的主要研究方向之一，其正负极均采用碳基电极材料，利用不同碳基材料的储能优势，不仅具有资源丰富、原料环保及安全性高的优点，而且具有优越的电化学性能。首先介绍了不同双碳基电极锂离子电容器的储能机理，并进一步阐述了各种碳基正极和负极材料的性能特点、改进方向和研究现状，最后展望了未来的研究方向及可行方案。     

碳基柔性电极材料的研究进展

碳材料具有优异的力学性能、导电性能和储能性能,既可以与高分子材料基底复合,也可以直接作为柔性电极的基底材料。本文主要对碳纳米管和石墨烯在碳基柔性电极材料中的研究进展进行了综述,并对其发展趋势进行了展望。     

表面化学反应控制制备多级结构电极材料及性能

超级电容器和锂离子电池等储能设备的研究和开发日益受到人们的关注。对于超级电容器和锂离子电池等储能设备,其电化学性能主要取决于电极材料,因此高效储能材料的制备成为开发高效储能设备的关键。本文主要介绍了多级结构过渡金属氧化物基电极材料的制备及性能,重点阐述了本实验室近年来在研制高性能超级电容器和锂离子电池方面的相关工作:基于表面化学反应控制制备多级结构金属氧化物、金属氢氧化物/碳嵌入式纳米杂化物以及多种三维结构的多元复合电极材料,表现出优异的电化学性能。     

超级电容器用碳基电极材料的研究进展

随着人们对能源和环境可持续发展的要求不断提高,开发以超级电容器为代表的高性能、低成本、无污染的新型绿色储能装置受到人们广泛关注。碳基材料以其特有的优势成为超级电容器电极材料研究的重点,主要介绍了以活性炭、碳纳米管、石墨烯、杂原子掺杂碳材料为代表的碳基电极材料应用于超级电容器的情况,并对其前景进行了展望。     

纳米MOFs及其衍生物在超级电容器中的研究进展

金属有机框架（MOFs）材料因其大的比表面积、可调控的孔道结构和丰富的活性位点引起了国内外学者们的广泛关注。近年来MOFs基材料广泛应用于能量储存与转化领域,但大多数MOFs基材料的低稳定性和低导电性等缺陷限制了其实际应用。通过对MOFs基材料进行改性,如采用共轭度高的有机配体以增加MOFs材料的稳定性,或MOFs衍生物以提高其氧化还原活性位点和导电性,从而达到提高MOFs基电极材料的电化学性能。主要介绍了原始MOFs及其衍生材料如碳材料、金属氧化物、金属硫化物、金属氢氧化物和金属磷化物等在超级电容器电极材料中的最新研究进展。研究表明,多金属MOFs材料或多金属MOFs衍生物有利于提高电极材料的电化学性能,而导电MOFs材料或MOFs衍生物中的碳材料有利于提高电极材料的导电性。最后对MOFs基电极材料在电化学储能领域中的研究做出了展望,指出MOFs基材料的形貌、组分和导电性是未来研究的发展方向。     

石墨烯基材料在超级电容器中的研究进展

超级电容器作为一种新型的储能器件,具有广泛的应用前景。石墨烯基材料表现出优异的电化学性能,在超级电容器电极材料方面具有潜在的应用价值。文章简单对石墨烯/碳,石墨烯/金属氧化物,石墨烯/导电聚合物等三类石墨烯基超级电容器电极材料进行简单论述。     

超级电容器材料设计有新途径

<正>近日,大连理工大学化工与环境生命学部教授邱介山领导的能源材料化工学术团队在高性能储能设备所用储能材料的研究方面取得了新进展。该团队为储能器件超级电容器电极材料的设计提供了新的技术途径。据邱介山介绍,超级电容器具有功率密度高、循环使用寿命长和安全性能优异等突出优势,在电化学储能领域的应用前景巨大。而多孔碳材料具有丰富可调的孔道结构和大比表面积等特点,是目前最为广泛使用的一类超级电容器电极材料。基于多孔     

面向柔性超级电容器的功能水凝胶材料的研究进展

功能水凝胶作为一种三维高分子网络结构的软湿材料,具有可灵活调控的功能特性,为设计和构建高性能柔性超级电容器提供了理想的材料。本文综述了近年来面向柔性超级电容器领域的功能水凝胶材料的研究进展,重点分类介绍了面向电化学双层电容器和赝电容器的功能水凝胶材料的设计构建和性能强化。探讨了通过水凝胶电解质及电极材料的组成结构设计和性能调控来提升超级电容器的电化学性能和力学性能的策略。同时,探讨了水凝胶电解质及电极材料的组成结构设计和性能调控在实现其自愈合、高耐寒等多样化功能特性方面的重要作用。最后,对功能水凝胶材料柔性超级电容器在高储能、高柔性、高保水、自愈合、高耐寒、绿色可降解等方面的未来发展进行了展望。     

锂离子电池硅碳复合电极材料的研究进展

硅基材料具有超高的理论比容量,作为新一代储能材料被广泛的研究,但硅基材料电导率差、体积膨胀等问题也十分明显。近年来对硅基锂离子电池电极材料的研究十分火热,通过硅基材料复合碳材料来增强电极材料的导电性,同时特殊形貌的碳材料对硅基材料的体积膨胀也起到了一定的限制作用,从而制备出高比容量的锂离子电池,本文综述了近3年锂离子电池硅碳复合电极材料的主要研究进展。     

三聚氰胺树脂作为碳基材料前驱体在电化学储能电极材料中的研究进展

电极材料是影响电化学储能系统性能的主要因素，目前，对其性能改善的研究主要集中于结构的优化和杂原子的引入两个方面。以三聚氰胺树脂为前驱体制备的碳基材料凭借其丰富的孔道结构和高含量的氮原子掺杂双重优势，在电化学储能设备的电极材料的应用中表现出高电容性能和出色的循环能力。本文从活化法、模板碳化法、混合聚合物碳化法等孔道控制工艺，探讨了孔道结构对于材料性能的影响。针对当前主流研发的电池和超级电容器，对以三聚氰胺树脂为原料制备的碳基材料展开综述，并分析其研究现状与发展趋势。     

分级多孔碳的制备及其在超级电容器中的应用

超级电容器因其高功率密度、超高速充放电、高稳定性等突出特点在电化学储能装置中引起人们极大关注。在当前开发的电极材料中,碳材料因其良好的导电性、孔隙率及形貌可调等特点备受青睐。传统的单一微孔碳材料具有较大的比表面积,但存在利用率低、孔道堵塞、电阻较大等问题。针对上述问题,研究人员对分级结构多孔碳材料开展了广泛的研究。本工作通过分析调研国内外相关文献,详细评述了现有分级多孔碳材料制备方法,简要介绍了各方法的原理和优缺点,同时对分级多孔碳应用于超级电容器时的性能改进方法进行了总结,并展望了其未来发展方向,为将来分级多孔碳的进一步研究提供参考。     

一维有序聚苯胺纳米阵列在超级电容器中的研究进展

从聚苯胺（polyaniline, PANI）的结构特征和导电机理出发,详细叙述了一维有序PANI纳米阵列的优点及各种制备方法,指出了PANI纳米阵列作为超级电容器电极材料的优势。根据电极材料分类,重点综述了PANI阵列结构基与导电高分子材料、碳材料、金属氧化物复合作为超级电容器电极材料的应用情况;讨论了这些电极材料的结构特点、制备方法、提高电化学储能性的机理及上述研究中存在的问题;最后根据存在的问题,提出进一步优化PANI阵列结构基电极材料电化学性能的制备方法与策略,并对未来PANI阵列结构基电极材料在超级电容器的发展前景进行了展望。     

钾离子电池正极材料的研究进展

由于资源和成本优势，以及工作原理与锂离子电池的相似性，钾离子电池在未来的大规模储能应用中有着光明的发展前景。然而相比于锂、钠离子，钾离子半径较大，这不仅影响了其在电极中的输运，而且容易对电极材料的结构造成一些不可逆的破坏，进而导致较差的电化学性能。对于钾离子电池，负极可采用与锂离子电池相同的石墨负极，而正极材料是目前的研发高性能钾离子电池的关键。因此，本文在总结了最常见的四类钾离子电池正极材料的相关进展，并分别探讨了各自的优势、问题及相应的改性方法的基础上，展望了钾离子电池正极材料未来的发展。     

NbO x 掺杂对Pt/TiO2催化燃烧氯乙烯的促进作用

通过制备Pt/Nb _x /TiO₂研究了NbO _x 在催化燃烧氯乙烯中的作用;采用XRD、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD与Py-FT-IR表征了NbO _x 对于催化剂组织结构、氧化还原以及酸碱性的影响。负载NbO _x 可促进Pt/TiO₂反应性能的提高,当Nb/Ti摩尔比为0.09时,即Pt/Nb_0.09/TiO₂可在246℃实现90%氯乙烯的转化;与Pt/TiO₂相比,达到相同转化率的温度向低温偏移69℃。NbO _x 也影响了催化燃烧过程中的含氯副产物的总浓度和分布。催化剂表征结果发现NbO _x 的引入可进一步增加Pt与载体（TiO₂）之间的相互作用,提高催化剂的表面活性氧物种的浓度,进而促进了催化剂氧化还原性能的提高。催化剂表面的总酸量随着NbO _x 含量的增加而降低,尤其是表面Lewis酸量。因此,催化剂表面的酸量和酸分布不是决定反应性能的唯一因素,而低温的氧化还原性更有利于催化剂性能的提高。     

生物质基柔性超级电容器研究进展

随着可穿戴设备的发展及公众环保意识的提升,开发高性能兼绿色经济型的柔性电化学储能器件已成为研究热点。以生物质为前驱体制备性能优异的储能材料,可以显著降低生产成本,实现碳资源的可持续利用,具有极大的发展潜力和实际应用价值。该文根据生物质基柔性超级电容器的组成及构型,依次阐明了柔性超级电容器的电极材料、柔性隔膜和各种组装方式,介绍了柔性超级电容器的电极材料,分析了木基、纤维素凝胶基、纸基以及生物质废料电极材料的特点和优势,阐述了生物质基柔性隔膜研究现状,包括纤维素纸隔膜和生物隔膜;此外,以整体性能和应用领域为依据,介绍了3种不同的柔性超级电容器构型：叠层型（三明治型）、叉指型（微型叉指化）、纤维型（线型）,并对比了不同组装方式的柔性超级电容器在性能上的差异;最后分析了生物质材料用于柔性超级电容器面临的挑战,对柔性器件未来发展方向进行了展望。     

低温等离子体在电化学储能器件表面修饰的应用

面对日益严峻的能源危机和环境污染，人类社会需减少化石燃料使用，发展新能源。以锂离子电池为代表的二次电池作为新能源存储设备在生活中得到了广泛应用。然而，在充放电过程中，以电极材料为代表的电化学储能器件面临体积膨胀、活性物质溶解等问题，影响二次电池的电容量和安全性。对电化学储能器件进行合理的表面修饰是改善上述问题的关键。等离子体具有高活性，可以有效抑制电极材料表面活性物质溶解、避免副反应的发生，提高二次电池的循环寿命和放电容量。本工作对等离子体技术，特别是低温等离子体进行了介绍，并总结了低温等离子体技术在电化学储能器件表面修饰中的最新进展，重点介绍了其在先进电极材料表面的应用，最后讨论了等离子体方法优点，并对其未来面临的挑战和应用进行了展望。     

二维纳米片基复合相变储热材料研究进展

相变材料（PCMs）作为潜热储存和释放的介质,能够解决热能供需矛盾,从而缓解能源危机。纯相变材料具有能量密度高、温度范围广、能量输出稳定性强等优点,但其热导率低和在相变过程发生渗漏的缺点阻碍了其广泛的应用和发展。通过将PCMs与二维纳米片复合,PCMs热导率低和渗漏问题被有效解决。通过在导热机理方面进行详细阐述的基础上,综述了近几年来有关碳基二维纳米片、六方氮化硼（h-BN）纳米片、二硫化钼等复合储热材料的研究进展,为高性能二维纳米片基复合PCMs的设计提供一定的研究思路。     

Ni(OH)2与不同碳质材料复合制备超级电容器电极材料研究进展

超级电容器具有功率密度大、寿命长、生产成本低等优点,被认为是最有发展前途的储能系统之一。然而,超级电容器的低能量密度阻碍了其实际应用。由于存储的能量与CV2成正比,可以通过增加材料的电容"C"或操作电压窗口"V"或两者同时增加来提高超级电容器的能量密度。然而具有宽电位窗口的有机电解质离子往往电导率差,成本高,容易引起环境问题。因此为改善能量密度,应采用高比电容的电极材料,故而设计出具有高比电容的适合电极材料就成为研究热点。Ni(OH)2作为超级电容器电极材料,具有理论容量大、成本低、天然丰富、易于合成等优点,近年来备受关注。但由于Ni(OH)2导电率低、比表面积小,其容量劣化严重。碳质材料作为双电层超级电容器的电极材料,其能量存储机制取决于电极表面的电解质离子吸附和解离,具有导电率好、原料丰富、成本较低、电化学稳定性高等优点而应用广泛。因此,有必要将高导电碳质材料引入Ni(OH)2组成复合材料以提高电容性能。笔者综述了Ni(OH)2基材料的合成方法,特别是与碳质材料复合来提高Ni(OH)2基材料的循环稳定性和倍率性能方面的研究新进展。     

锂离子电容器碳正极材料的研究进展

锂离子电容器是一种采用电容型正极材料、电池型负极材料进行组装的储能器件，结合了锂离子电池与超级电容器两者的优点，兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命。但是由于锂离子电容器还存在正负极动力学过程以及容量不匹配的问题，大大影响了锂离子电容器的电化学性能。通常锂离子电容器的功率密度取决于负极材料，而能量密度取决于正极材料，因此为提高锂离子电容器的能量密度，还需发展具有高比容量和高导电性的正极材料。目前，碳材料因具有低成本、来源广泛、高比表面积和丰富的孔道结构等特点，是一种极具应用潜力的电极材料。综述并分析了各种碳材料(包括活性炭、模板炭、石墨烯和生物炭等)作为锂离子电容器正极材料的电化学性能与优缺点，最后对锂离子电容器正极材料的研究提出了建议与展望。