以还原氧化石墨烯网络/金线构建高性能柔性线型电化学电容器（英文）

将金丝插入盛有氧化石墨烯和抗坏血酸混合物的毛细管中,密封条件下于30℃反应48小时制得具有三维网络结构的还原氧化石墨烯/金线(r GON/WAu)柔性复合纤维。通过扫描电子显微镜观测,发现r GON/WAu复合纤维由三维网络结构的还原氧化石墨烯包裹在金丝周围形成。用电化学测试方法详细研究了r GON/WAu复合纤维的电容性能,结果表明:当扫描速度为1 mV s~(-1)时,纤维的长度和质量比电容分别可达5.47 mF cm~(-1)和176.7 Fg~(-1)。以磷酸/聚乙烯醇为凝胶电解质,r GON/WAu为电极组装的对称全固态柔性电化学电容器的长度、面积和体积比电容分别可达到2.06 mF cm~(-1)、6.87 mF cm~(-2)和411.9 mF cm~(-3),其功率密度为0.017 mW cm~(-2)时,能量密度可达9.48×10~(-4)mWh cm~(-2)。此外,以r GON/WAu为电极的柔性超级电容器还具有很好的稳定性和柔性,三个柔性电容器串联充电后可以点亮电压阈值为2.5 V的发光二极管。     

柔性基金属氧化物超级电容器电极材料的研究进展

作为一种介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件,超级电容器的整体性能主要受限于电极材料。研究发现,具有赝电容特性的过渡金属氧化物因其多重氧化态、多金属离子特性和高理论比容量,在电化学储能相关领域备受关注。首先简要阐述了柔性超级电容器的结构及储能机理。然后,概述了以不同元数的过渡金属氧化物为主体构筑的"二元"和"三元"柔性复合电极材料。接着,总结了由复合电极材料组装成的柔性超级电容器在可穿戴电子设备和多功能柔性器件——储能智能窗(ESS窗)方面的应用。最后,提出了过渡金属氧化物基柔性超级电容器在实际应用中所面临的挑战及今后的主要研究方向。     

聚苯胺-石墨烯/聚酰亚胺复合导电纱的制备及其超电容特性

为了提高石墨烯/聚酰亚胺(rGO/PI)复合纱线电极的电化学性能,采用电化学聚合法在rGO/PI复合纱线表面沉积聚苯胺(PANI)颗粒,研究了沉积时间对PANI-rGO/PI复合导电纱的形貌及增重的影响。结果表明, PANI在rGO/PI复合纱线表面均匀沉积,且沉积量随着沉积时间的增加而增大。采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了PANI-rGO/PI复合导电纱线的电化学行为。结果表明, PANI沉积时间对纱线电极的循环伏安特性、恒流充放电曲线等有很大的影响,当PANI沉积时间为900 s时,所得PANI-rGO/PI复合纱线电极的循环伏安特性和恒流充放电性能表现均最优,比电容为81.22 F·cm^-3,而rGO/PI纱线电极仅为16.4 F·cm^-3。以最优工艺制得的PANI-rGO/PI复合导电纱作为电极组装了纤维状超级电容器,采用交流阻抗谱法(EIS)、 CV及GCD对器件进行电化学性能表征。结果表明,该器件体积比电容可达41.73 F·cm^-3,在充放电3 000次后比电容依然能够维持在85%左右,所得纤维状超级电容器经过串联可成功驱动LED灯。     

柔性钛箔上生长的自支撑TiO_2@NiCo_2S_4阵列复合材料用作高性能非对称超级电容器电极（英文）

近年来,随着可穿戴电子技术的出现,制作出质量轻、灵活性强的电子设备也越来越受到人们的重视,相应具有可穿戴功能的高电化学性能的储能设备也备受关注。其中,超级电容器具有循环寿命长、充放电速度快、功率密度高等优点,是一种很有前途的储能设备。因此,柔性超级电容器的设计和生产被认为是满足先进柔性电子设备需求的最有前途的策略之一。鉴于电极材料是影响超级电容器的性能和生产成本的关键因素,因此开发高性能和低成本的电极材料是超级电容器研究的重要内容。在众多研究的电极材料中,双金属化合物因具有较高的理论比电容、较低的成本,对环境相对友好,耐碱腐蚀等优势而引起研究人员的广泛关注。其中,金属硫化物中硫钴镍是一种典型的双金属硫化物。硫钴镍具有理论容量高、电负性较低、电化学活性高、资源丰富易得、无毒、易制备等特点,因此被广泛用于超级电容器的电极材料。硫钴镍虽然具有较高的理论容量,但目前仍面临以下几个严重问题:(1)硫钴镍导电性差,实际电化学比容量低于理论容量;(2)硫钴镍在充放电过程中存在严重的体积膨胀,使得电容器结构被破坏进而造成电容器循环性能的快速衰减。目前的解决办法一般是通过将硫钴镍与各种碳材料、金属氧化物及导电聚合物复合,改善材料的结构、形貌和导电性,以此提高材料的电化学性能。硫钴镍与金属氧化物、硫钴镍与碳材料复合的电极材料在制成超级电容器的电极极片时需要添加导电剂和粘结剂,这不仅增加了电极的成本,而且也使制作环节变得复杂,更重要的是活性物质的外露面积也会因为粘结剂的使用而减小。现在许多研究将导电活性物质直接生长在集流体上形成自支撑结构,这种结构形式既简化了超级电容器电极的制作流程,又提高了电容器的电化学性能。本研究以Ti片为基底,采用分步水热法先在Ti片表面生长TiO_2纳米带阵列,然后在其上包覆生长NiCo_2S_4纳米片,得到NiCo_2S_4纳米片包覆TiO_2纳米带的核/壳阵列结构。将TiO_2@NiCo_2S_4作为超级电容器无粘结剂和导电剂的电极。三电极测试结果表明:1 A·g~(-1)时TiO_2@NiCo_2S_4电极的比电容达到1 300 F·g~(-1)。此外,将煤基多孔碳(CPC)作为负极,TiO_2@NiCo_2S_4作为正极,组装成了TiO_2@NiCo_2S_4//煤基多孔碳(CPC)不对称超级电容器(ASC)。电化学测试结果表明:TiO_2@NiCo_2S_4//CPC不仅具有较高的能量密度和功率密度(在400 W·kg~(-1)时为41.6 Wh·kg~(-1)),而且具有良好的循环稳定性(在4 A·g~(-1)下循环5 000次后,电容保持率大于80%)。这是由于采用多级阵列式结构的复合电极具有以下优势:(1)比表面积大,增大了活性物质和电解液的接触面积;(2)孔道丰富,减少了电解液离子迁移的距离;(3)避免了使用传统电极制作过程中导电剂和粘结剂,减少了生产成本、缩短了加工时间。这种交织的三维(3D)网络结构和柔性衬底的设计为获得高性能柔性衬底电极材料提供了新方法。     

智能包装系统用石墨烯基超级电容器的制备

目的 制备具有优异电化学性能的石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰复合纤维水系超级电容器。方法 采用超声波分散处理制备氧化石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰混合纺丝液;运用湿纺纺丝工艺制备氧化石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰杂化纤维电极;通过氢碘酸还原和冷冻干燥处理构建具有多孔结构的石墨烯/纳 米纤维素/二氧化锰复合纤维电极;最后,将其组装成两电极水系超级电容器。结果 在石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰复合纤维中,纳米纤维素的添加有效抑制了石墨烯片层的自聚集,并显著提升了复合纤维的亲水性和拉伸强度。二氧化锰的加入显著提升了纤维电极的电化学性能。得益于精心的实验设计,石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰复合纤维的拉伸强度为338 MPa。组装后的水系超级电容器具有优异的电容性能和循环稳定性,在电流密度为0.1 mA/cm2时,面积电容为412.5 mF/cm2,循环1500次后,电容保持率为87%。结论 将切实可行的湿法纺丝策略与精心设计的电极结构相结合,制备的石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰水系超级电容器为可穿戴便携式储能设备和智能包装能源供应系统的发展提供了良好的参考。     

氧化镍/四氧化三钴@镍钴与活性炭的非对称超级电容器的制备（英文）

金属氧化物是一种颇具前景的超级电容器活性材料,然而较差的导电性阻碍了其实际应用。本文通过在高导电性镍钴纳米线上原位生长氧化镍和四氧化三钴活性物质,制备自支撑柔性氧化镍/四氧化三钴@镍钴一体化电极。纳米线表面原位生长活性物质可以提升活性物质与集流体间电子的传输效率。网络状纳米线结构利于离子传输并能释放充放电过程中形成的应力。基于这种独特的结构特点,氧化镍/四氧化三钴@镍钴电极在电流密度为5 mA cm~(-2)时,具有1.36 F cm~(-2)的比容量,循环10 000圈后仍然具有96.95%的容量保持率。氧化镍/四氧化三钴@镍钴与活性炭组装成的非对称超级电容器在能量密度为0.32 mWh cm~(-2)时,具有8 mW cm~(-2)的功率密度,证明此种材料在高性能超级电容器中的广阔应用前景。     

基于CoNi-双金属氢氧化物//AC非对称超级电容器的构筑（英文）

以高电容特性的CoNi-LDH作正极,活性炭作负极,6 mol/L KOH溶液为电解液构筑CoNi-LDH/AC非对称超级电容器。由于这两种材料在同一种电解液中发生可逆循环时对应的电化学电势范围不同,因此通过组合这两种电极材料可以有效地解决对称电容器工作电压低的问题。用循环伏安、恒电流充放电等测试方法对其电化学性能进行研究。结果表明,所组装非对称电容器在碱性水系电解液中,其工作电压可以达到1.5 V。通过比较它与基于两种电极材料对称电容器的能量密度-功率密度曲线可以看出,非对称电容器的性能有了很大提高,在功率密度为102.3 W·kg~(-1)时,其能量密度可以达到46.3 Wh·kg~(-1)。     

自支撑TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)阵列生长在柔性Ti箔上用于高性能非对称超级电容器(英文)

近年来,随着可穿戴电子产品的出现,具有可穿戴功能的高电化学性能的储能设备也备受关注。超级电容器具有循环寿命长、充放电速度快、功率密度高等优点,被认为是一种很有前途的储能设备。双金属化合物作为超级电容器的电极材料具有理论比电容较高,成本较低,环境相对友好,耐碱腐蚀等优势而受到了研究人员的关注和研究。例如典型的双金属硫化物硫钴镍便具有以上优点,但仍面临着以下几个问题：(1) 硫钴镍导电性差;(2) 硫钴镍在充放电过程中存在严重的体积膨胀。目前,很多研究方案中将导电活性物质直接生长在集流体上形成自支撑结构,这种结构形式既简化超级电容器电极制作流程又提高电化学性能。本工作以Ti片为基底,采用分步水热法先在Ti片表面生长TiO_(2)纳米带阵列,然后在其基础上包覆生长NiCo_(2)S_(4)纳米片,得到NiCo_(2)S_(4)纳米片包覆TiO_(2)纳米带的核/壳阵列结构。三电极测试结果表明,1 A·g~(-1)时TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)电极的比电容达到1 300 F·g~(-1)。此外,对组装的TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//煤基多孔碳(CPC)不对称超级电容器(ASC)的电化学性能进行测试,结果表明：TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//CPC具有较高的能量密度和功率密度(在400 W·kg~(-1)时为41.6 Wh·kg~(-1))。这种交织的三维(3D)帧结构和柔性衬底的设计开辟了在能量存储领域获得高性能柔性衬底电极材料的新机会。     

自支撑TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)阵列生长在柔性Ti箔上用于高性能非对称超级电容器(英文)

近年来,随着可穿戴电子产品的出现,具有可穿戴功能的高电化学性能的储能设备也备受关注。超级电容器具有循环寿命长、充放电速度快、功率密度高等优点,被认为是一种很有前途的储能设备。双金属化合物作为超级电容器的电极材料具有理论比电容较高,成本较低,环境相对友好,耐碱腐蚀等优势而受到了研究人员的关注和研究。例如典型的双金属硫化物硫钴镍便具有以上优点,但仍面临着以下几个问题：(1) 硫钴镍导电性差;(2) 硫钴镍在充放电过程中存在严重的体积膨胀。目前,很多研究方案中将导电活性物质直接生长在集流体上形成自支撑结构,这种结构形式既简化超级电容器电极制作流程又提高电化学性能。本工作以Ti片为基底,采用分步水热法先在Ti片表面生长TiO_(2)纳米带阵列,然后在其基础上包覆生长NiCo_(2)S_(4)纳米片,得到NiCo_(2)S_(4)纳米片包覆TiO_(2)纳米带的核/壳阵列结构。三电极测试结果表明,1 A·g~(-1)时TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)电极的比电容达到1 300 F·g~(-1)。此外,对组装的TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//煤基多孔碳(CPC)不对称超级电容器(ASC)的电化学性能进行测试,结果表明：TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//CPC具有较高的能量密度和功率密度(在400 W·kg~(-1)时为41.6 Wh·kg~(-1))。这种交织的三维(3D)帧结构和柔性衬底的设计开辟了在能量存储领域获得高性能柔性衬底电极材料的新机会。     

大豆分离蛋白膜基中性水相超级电容器的构筑

以三乙醇胺(TEA)为增塑剂,制备了一系列不同TEA含量的大豆分离蛋白(SPI)薄膜,并以改性SPI膜和商业膜为隔膜,以活性炭为电极材料,结合硫酸锂电解质,构筑了超级电容器单体器件,系统研究了各超级电容器的性能。研究结果表明,由改性SPI膜组装的超级电容器的电位窗口能够达到1.5V,且表现出优异的双电层电容特性。改性膜SPI/TEA-1.6组装的超级电容器EDLC-1.6有最高的单电极比电容,在1.0A/g电流密度下为113.44F/g,能量密度高达8.86(W·h)/kg,功率密度为7.84×10~2 W/kg,其电化学性能远优于由商业膜组装的超级电容器,且改性SPI薄膜具有良好的热稳定性及较好的离子传导性能。     

大豆分离蛋白膜基中性水相超级电容器的构筑EI北大核心CSCD

以三乙醇胺(TEA)为增塑剂,制备了一系列不同TEA含量的大豆分离蛋白(SPI)薄膜,并以改性SPI膜和商业膜为隔膜,以活性炭为电极材料,结合硫酸锂电解质,构筑了超级电容器单体器件,系统研究了各超级电容器的性能。研究结果表明,由改性SPI膜组装的超级电容器的电位窗口能够达到1.5V,且表现出优异的双电层电容特性。改性膜SPI/TEA-1.6组装的超级电容器EDLC-1.6有最高的单电极比电容,在1.0A/g电流密度下为113.44F/g,能量密度高达8.86(W·h)/kg,功率密度为7.84×10~2 W/kg,其电化学性能远优于由商业膜组装的超级电容器,且改性SPI薄膜具有良好的热稳定性及较好的离子传导性能。     

二氧化锰基超级电容器的电荷储能机理研究进展

碳基材料(如碳纳米管、石墨烯和介孔碳)是典型的电化学双电层超级电容器电极材料.虽然碳基材料表现出优异的电化学稳定性能,但其比电容较低.因此,常用赝电容材料与其复合.赝电容材料中,二氧化锰(MnO2)因理论比电容高、价格低、储量丰富和环境友好等特点,被广泛应用于超级电容器中.然而,MnO2导电性能差、在循环充放电过程中相...     

聚苯胺-玉米苞叶纤维复合材料基柔性自支撑电极的制备及其电化学性能

为满足可穿戴电子设备日益提升的要求,低成本、高性能柔性超级电容器成为研究的热点。在玉米苞叶纤维(CHF)基材表面原位生长聚苯胺(PANI),继而以聚乙烯醇/硫酸(PVA/H₂SO₄)作为凝胶,通过简单的冻融法制备聚苯胺-玉米苞叶纤维柔性自支撑电极(PANI-CHF-GEL)。PANI-CHF-GEL显示出优异的力学性能(断裂强度为259 kPa,断裂伸长率为121%)和较好的韧性(断裂能为0.167 MJ·cm^-3)。采用PVA/H₂SO₄凝胶作为电解质组装得到的PANI-CHF-GEL//PANI-CHF-GEL对称固态超级电容器具有优越的电化学储能性能：在3.00 mA·cm^-2的电流密度下,面积比电容高达1 789.74 mF·cm^-2,功率密度为0.34 mW·cm^-2,能量密度为3.51 mW·h·cm^-2。此外,该器件还显示出良好的柔性,弯曲90°时仍能保持其初始性能,表明了其在...     

rGO/NiCo复合材料制备及电化学性能研究

超级电容器因其能量密度大、功率密度高等优异性能而被认为是理想的储能器件，能在一定程度上有效解决能源问题。电极材料决定性影响着超级电容器的性能，而具有高理论比电容的过渡金属是人们的研究热点。镍钴双金属氧化物储能效力高，但是内阻大，导致倍率性能差。基于此，本工作利用简单的水热法成功合成rGO@Ni_xCo_y纳米复合材料，通过不断调控镍钴元素的相对比例来调整物质的形貌结构，找到其最佳比例。在所有纳米复合材料中，rGO/NiCo纳米复合材料在0.5 A/g下表现出600 F/g的优异比电容值，其组装的rGO/NiCo∥rGO柔性器件在1 A/g下的比电容为418.2 F/g，能量密度为98 Wh/kg，功率密度为1 300 W/kg，且在8 000次充放电循环后仍保持93%的比电容，同时固态柔性器件可以有效地在广泛的电压窗口中操作，优异的电化学性能预示了其在柔性超级电容器器件中的应用前景。     

原位自生法制备高性能氧化物/纳米多孔金属复合电极

正超级电容器具有功率大、充放电速度快和循环稳定性高等优点,但能量密度低一直是限制其更广泛应用的主要障碍。提高超级电容器能量密度的关键是开发高性能电极材料。以廉价过渡金属氧化物为代表的赝电容材料以其高的理论比电容吸     

一种新型氧化还原活性凝胶电解质在超级电容器中的应用

以2-巯基吡啶(PySH)为氧化还原活性介质,以聚乙烯醇(PVA)为聚合物基体,采用溶液共混法制备了PVA-H2SO4-PySH凝胶电解质,研究了Py-SH添加量对凝胶电解质离子电导率的影响,并组装了活性炭电极超级电容器,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗谱和自放电等测试对超级电容器电化学性能进行了表征。结果表明,PySH的引入提高了凝胶电解质的离子电导率,同时也改善了超级电容器的电化学性能,在相同电流密度下,超级电容器电极比电容由137F/g提高为394F/g,能量密度由3.6Wh/kg提高到12.4Wh/kg,经过3000次充放电循环后比电容保持率为89%。     

一种新型氧化还原活性凝胶电解质在超级电容器中的应用

以2-巯基吡啶(PySH)为氧化还原活性介质,以聚乙烯醇(PVA)为聚合物基体,采用溶液共混法制备了PVA-H2SO4-PySH凝胶电解质,研究了PySH添加量对凝胶电解质离子电导率的影响,并组装了活性炭电极超级电容器,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗谱和自放电等测试对超级电容器电化学性能进行了表征。结果表明,PySH的引入提高了凝胶电解质的离子电导率,同时也改善了超级电容器的电化学性能,在相同电流密度下,超级电容器电极比电容由137F/g提高为394F/g,能量密度由3.6Wh/kg提高到12.4Wh/kg,经过3000次充放电循环后比电容保持率为89%。     

NiO/TiO_2纳米复合电极的制备及电化学性能研究

金属氧化物理论上具有较高的比电容,是赝电容超级电容器的主要电极材料,不同的沉积方法将直接影响到其电化学性能。首先采用阳极氧化法制备高度有序的TiO_2纳米管阵列作为基底,分别采用化学沉积法和电化学沉积法(差分脉冲伏安法)沉积NiO,测试并比较所沉积NiO的电化学性能。电子扫描显微镜表征发现化学沉积的NiO颗粒较大未能均匀沉积,电化学沉积法沉积形成的NiO颗粒较小且均匀附着在纳米管中。恒流充放电结果显示电化学沉积法制备的复合电极获得了60mF/cm~2的比电容,可以用作电化学超级电容器的电极材料。     

凝胶聚合物电解质组装聚3,4-乙烯二氧噻吩固态超级电容器

以聚3,4-乙烯二氧噻吩/碳纸(PEDOT/CP)为电极,聚乙烯醇/硫酸/碘化钾(PVA/H_2SO_4/KI)凝胶为聚合物电解质,组装成PEDOT固态超级电容器。采用循环伏安法(CV)、恒电流充电/放电技术(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)技术研究了电解质中PVA浓度对超级电容器电化学性能的影响。结果表明,以浓度为10%的PVA溶液所组装的固态电容器在1 mA/cm~2放电电流下有较高的比电容(352.59 F/g),能量密度和功率密度分别为451.32 Wh/kg,13.29 kW/kg。凝胶聚合物电解质因兼具了液体电解质优良的电导率和固态电解质易于封装、无泄漏等优点,所以在电源备用系统、电动汽车、医疗电子器械及军工设备等领域中具有良好的应用前景。     

纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线柔性电极的制备

目的以竹粉为原料制备纳米纤维素,并将其作为基底材料制备纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极,应用于柔性超级电容器。方法采用化学机械处理法,将竹粉通过化学处理以及研磨、超声等处理,制备成纳米纤维素悬浮液;分别将多壁碳纳米管和纳米银线超声分散于溶剂中;最后,通过层层自组装制备纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极,同时,作为对照组,制备纳米纤维素/碳纳米管复合电极。结果纳米纤维素纤丝的直径大约为30~100 nm,相互之间缠绕成网状结构,是很好的支撑材料,纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极具有很好的成膜性和电化学性能,在扫描速率为30 m V/s时,面积比电容达到77.95 m F/cm~2。结论以纳米纤维素为基底,通过层层自组装方法制备的纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极具有较好的电化学性能,可作为柔性超级电容器的电极。