新型化学储能器件－－电化学电容

电化学电容是一种与电池和传统的电容都不同的新型储能器件。电化学电容具有比传统的电介质电容高20到200倍以上的质量比电容。研究证明，电化学电容所具有的大容量是由于电极表面的双电层电容和氧化还原反应导致的“假电容”的共同作用而引起的。系统的介绍了电化学电容器的广泛应用、发展历史、储能机理以及它和电池与传统电介质电容的区别，并且系统的介绍了影响电化学电容器性能的若干个主要因素。     

碳材料的微观结构与电容特性

超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置,因其具有功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等优点而成为世界各国近年来在新能源领域研究的热点。文章概述了由最基本的电极材料—碳材料组成的电化学双电层电容器的原理,分析了电化学双层电容器的实际和理论局限、碳材料的最大比电容、比表面积、能量密度及功率密度等性能参数。在阐述纳孔碳电容器的理论模型的基础上,详细介绍了双层电容器碳材料的孔尺寸与电解质溶液离子尺寸的关系。上述理论介绍与分析为电化学双层电容器今后的研究提供了依据。     

超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器是一种介于电池和传统电容器的一种新的储能器件,也叫电化学超级电容器。介绍了目前国内外的超级电容器电极材料的研究现状以及展望,如碳材料、金属氧化物、导电聚合物。     

电介质储能材料

<正>电介质电容器是一种通过电介质在外加电场作用下的极化以及正负电荷的分离来储存能量的储能系统。与燃料电池、锂离子电池、超级电容器等通过离子迁移或化学反应实现能量转换的化学储能系统相比,电介质电容器由于其储能过程不涉及离子迁移扩散和化学反应,充放电反应迅速,功率密度极高,在许多需要快速充放电和高功率密度的应用场景中具有突出优势。同时,     

二氧化锰基超级电容器研究进展

超级电容器又称电化学电容器,是一种比传统电容器能量密度高,比二次电池功率密度高的新型储能装置。目前被广泛应用于消费电子、交通工具、军事等多个领域。电极材料作为超级电容器的核心部件,决定着整个器件的电化学性能。文章综述了二氧化锰(Mn O2)基超级电容器的研究进展,指出了其未来发展方向。     

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。     

表面积对煤基电容炭电化学性能的影响

以河北无烟煤为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制备具有高比表面积的煤基电容炭,考察煤基电容炭的比表面积对无机/有机体系下双电层电容器电化学性能的影响。结果表明:随着碱煤比的增加,所制电容炭的比表面积、总孔容和中孔率增加。当碱煤比达到3.5时,所制电容炭的比表面积、总孔容和中孔率分别为3 389 m2/g、2.041 cm3/g、49.9%。可以看出,对于无机/有机体系,在相同的比表面积变化规律下,电容器电化学性能的变化规律略有不同。当碱煤比小于2时,所制电容炭的比表面积小于2 400 m2/g,此时对于无机/有机体系,电容器的比电容变化规律相同,比电容都随比表面积的增大增幅明显。当碱煤比大于2时,所制电容炭的比表面积大于2 400 m2/g,此时随着比表面积的继续增大,对无机体系,电极材料的比电容几乎维持不变,比电容最高可达331 F/g;对有机体系,电极材料的比电容增幅减缓,比电容最高可达192 F/g。当碱煤比为2时,电容炭的比表面积为2 382 m2/g,此时无论对于无机体系还是有机体系,电容器在保持相对较高比电容的同时具有相对较高的电容保持率。由此可知,一定程度上,提高电极材料的比表面积有利于提升超级电容器的电化学性能。制备具有适宜比表面积的电容炭,在得到较高电容性能电容器的同时更能有效控制成本。同时,以煤为原料制备电容炭,可提升煤的附加值,具有很好的市场前景。     

MnO2的制备及其在电化学电容器中的应用

在不同的pH值下，以KMnO4氧化Mn(NO3)2分别合成2种化学MnO2. 晶体结构和晶型经X射线衍射仪和X射线扫描电镜检测，表明pH值对晶体形成有一定的影响. 在-0.3~0.6 V(相对Hg/HgO电极电位)范围用循环伏安法研究两种材料的电化学性能，结果显示它们具有静电电容特征. 活性炭作为对电极组成混合型电化学电容器与MnO2相同电极对称型电化学电容器相比，工作电压窗口和比电容都得到了提高. 恒流充放电显示，对称结构电极比电容分别为262和302 F/g；不对称结构电极比电容为348和342 F/g，具有较好的大电流放电能力和循环寿命.     

表面活性剂对NiMn2O4电极材料形貌及超级电容性能的影响

纳米材料的形貌可以影响其电化学性能,设计形貌和尺寸可控、导电性良好的金属氧化物纳米结构是将其应用于电化学超级电容器等储能器件的一个挑战.采用共沉淀法制备了不同聚乙烯吡咯烷酮(PVP)添加量的NiMn2O4电极材料,研究了表面活性剂PVP的添加量(0、0.2、0.4、0.8 g)对NiMn2O4微观形貌及电容性能的影响....     

赝电容的起源和本体相赝电容的实现

因兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命,赝电容材料引领了近年来超级电容器的发展。然而,赝电容材料仍面临着储能机制认知不足、未来发展方向模糊等挑战。本文基于国家自然科学基金重点项目“高能量/高功率电池型超级电容器-离子插层储能的电极材料构筑”的部分研究成果以及最新的文献报道,以典型赝电容材料为纲,简要回顾赝电容材料发展历史、重点讨论赝电容材料的储能机制、指出其储能机制中亟待厘清的问题。并在此基础上,提出赝电容材料未来发展的新思路-本体相赝电容,讨论了实现本体相赝电容的关键着力点和初步策略。     

金属有机框架衍生的0维材料在超级电容器中的应用

金属-有机框架( metal-organic frameworks，MOFs)衍生的0维材料，具有比表面积大、孔隙率高、孔径可调等特点，近年来广泛用于锂离子电池、燃料电池和超级电容器等储能器件中。电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键因素。MOFs衍生的0维材料在超级电容器中的应用具有广阔的前景。综述了MOFs衍生的0维材料在超级电容器中的研究进展，探讨了目前在该领域中存在的问题，并对其未来的发展前景进行了展望。     

金属化合物超级电容器电极材料研究现状

超级电容器是相比于锂离子电池等传统电池更具有优势的电容技术。电极材料是超级电容器中最重要的组成部分，它决定了超级电容器的性能，故在研究时引起了学者们的高度关注。由于电极材料的不同，在储能机理上具有不同的性质与差别。金属化合物作为电极材料中理论比电容优良的材料，具有很高的研究价值。着重围绕金属氧化物、金属硫化物以及金属氢氧化物3个方面分析，对当前金属化合物作为超级电容器电极材料发展方向和相应的研究进展进行归纳，目的是对金属化合物作超级电容器电极材料方面的优劣势进行一定的认识，从而在其发展研究上提供一些参考。     

锰基氧化物与碳复合材料超级电容器研究进展

超级电容器作为一种环保的新型储能装置,具有超高的功率密度,循环寿命长、工作温度区间大、经济环保等优势。MnO_2作为常见的过渡金属氧化物,具有超高的理论电容、化学稳定性强、成本低、经济环保等特点,经常用作非对称超级电容的电极极材料。将MnO_2与导电性能好的碳基材料组成,可以构建比容量大和循环稳定性强的复合材料。综述了近年来MnO_2-碳复合材料在超级电容器中的研究发展,总结了MnO_2-碳基超级电容器面临的挑战和未来发展趋势。     

电化学储能材料及储能技术研究进展

电化学储能材料及储能技术是新能源利用和实现双碳目标的关键。本文结合上海电力大学上海市电力材料防护与新材料重点实验室的研究成果,综述了近年来电化学储能材料及储能技术的最新研究进展,包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池和超级电容器等,分析了各电化学储能技术目前存在的主要问题,从电化学储能机理的角度出发,介绍了正负电极、隔膜、电解质和集流体等电化学储能材料组成和结构的改进方法,为开发大容量、长寿命、高安全、低成本的电化学储能器件提供新的思路。最后,对电化学储能技术的未来发展趋势提出了展望,即探索全固态电池、金属-空气电池等新一代储能器件,拓展电化学储能器件在全温度、柔性条件下的适用性。     

有机介质体系锂离子电容器

锂离子电容器（lithium ion capacitor，LIC）是一种新型的电化学储能器件，可以填补锂离子电池和超级电容器两者之间的性能空白，是下一代高能量密度超级电容器的前进方向。本文首先介绍了锂离子电容器的储能原理分为电解液消耗机制、锂离子交换机制以及混合机制，并围绕高能量密度的有机介质体系锂离子电容器，着重阐述了各类电容及电池型正负极材料的性质特点、优化方向及其研究现状，指出不同材料的优缺点及改性方法。同时叙述了与产业应用相关的预嵌锂技术、隔膜、电解液以及体系匹配等方面的研究现状，总结归纳了这些部件的研究对于比能量、功率、安全、稳定性等性能的提升。在产业化应用方面，针对锂离子电容器不同于锂离子电池和传统超级电容器的性能指标，总结其在智能物流、起重机电源、机器人电源及轨道交通等方面独特的应用前景。最后展望了电极材料微观结构优化及功能集成、电解液专用化，预嵌锂成本进一步压缩、以及检测及原位表征方法的开发等锂离子电容器未来的发展方向。     

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。     

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。     

生物质衍生碳材料在超级电容器中的应用

能源和环境问题是人类可持续发展的关键问题,超级电容器作为一种新型的储能设备备受关注。碳材料作为超级电容器的电极材料,因具有良好的导电性、较大的比表面积及高稳定性被广泛应用。其中,以生物质作为前驱体制备所得的碳材料具有具有成本较低、来源广泛、形式多样等特点,同时此类材料表面常含有大量杂原子基团,大大提升了其相应的电容性能,因此受到了人们的广泛关注。本文介绍了部分以生物质为前驱体制备碳材料及其电容性能研究的工作。     

基于生物质制备多孔碳的电化学储能研究

近年来,大量化石燃料的使用改变了全球气候,加剧了温室效应并且产生了严重的热污染.能源枯竭和环境污染问题迫在眉睫,为实现生态环境的可持续发展,人们研究和开发了各种新型的储能材料和器件.超级电容器是最近几年发展迅速的一种新型储能装置,典型特点是储能和快速充放电.因为生物质绿色无污染、资源丰富和可再生,另外,生物质氮自掺杂炭材料因为孔隙发达、孔隙可调、耐酸碱、比表面积大,故可作为制备电极材料碳源的最优选择.本文分别以石榴籽和化妆棉两种生物质作为碳源,利用高温热解法来制备生物质氮自掺杂炭材料电极,并测其电化学性能.经过电化学测试得出,在1 A/g的电流密度下,石榴籽与KOH的质量比为3:1时比电容最大,约为295 F·g-1,同样电流密度下,化妆棉与KOH质量比为3:1时比电容最大,约为225 F·g-1.     

电化学双电层电容器动态模拟：离子尺寸及扩散系数的优化

电化学双电层电容器的低能量密度限制了其在储能动力等领域的应用,而有机电解液作为提升器件能量密度的关键因素,研究其导电电解质的特性具有重要的意义。通过构建电化学双电层电容器的动态模型,模拟了电化学双电层电容器的循环伏安曲线,并定量探究和解析了离子溶剂化尺寸和扩散系数对电容性能的影响。模拟结果表明：在低扫描速率情况下,电容性能主要受控于双电层结构特性,比电容随着离子溶剂化尺寸的减小而增大,而离子扩散系数对其电容性能没有影响;在高扫描速率情况下,电容性能会受控于离子传质过程,比电容随着离子溶剂化尺寸和离子扩散系数的增大而增大。并基于模拟计算和分析结果提出了理性设计和优化电化学双电层电容器的策略。