三聚氰胺树脂碳基材料在电化学储能中的研究进展

电极材料是影响电化学储能系统性能的主要因素.目前,对电极材料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.该文从活化法、模板炭化法、混合聚合物炭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.     

空气氛围下废弃秸秆转化为铁/生物碳复合储能材料的研究

采用熔融盐法通过向秸秆材料中掺杂铁元素，将废弃秸秆转化为铁氧化物/生物碳储能材料(FeBNS)。研究了铁加入量对FeBNS储能性能的影响，并对其进行结构表征和电化学性能测试。结果表明，碳基材料中的铁氧化物主要以Fe₂O₃和Fe₃O₄的形式存在，FeBNS呈现出明显的片状结构，并且具有丰富的孔道结构。成功制备了具有双电层电容和赝电容性质的超级电容材料，在电流密度为2 A/g时，电容为212.2 F/g;电流密度为10 A/g时，电容为149.9 F/g,保留率为70.6%。     

储能用生物质基先进碳材料的研究进展

简述了生物质基碳材料的储能机理及常用的制备方法；综述了形貌、类石墨结构、孔道以及表面官能团和杂原子掺杂等影响生物质基碳材料储能性能的规律和机理；最后对储能用生物质基碳材料未来的发展趋势和研究方向进行了展望。     

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。     

聚乙二醇对碳纤维电极材料性能的影响

以聚乙二醇为改性剂,采用静电纺丝法制备聚丙烯腈纤维。经预氧化、碳化过程制备了聚丙烯腈基碳纤维。用SEM、XRD等手段表征了碳纤维的微观形貌及结构。用XPS测试表征了碳纤维表面元素含量。用循环伏安测试法测试碳纤维电极材料的电化学性能。实验结果表明,当聚乙二醇加入量为4％时,得到的碳纤维电极材料电容性能最佳,其比电容值达到126．84F／g。     

氮掺杂碳材料的制备及电容性能测试

随着经济社会的飞速发展,带来了能源危机,因此开发高效的清洁能源成为缓解危机的重要解决途径.超级电容器是一类新型储能器件,它具有良好的充放电效率、循环寿命长、稳定性能好、对环境无污染等优点,因此开发高效、可持续发展的电极材料是提升其电化学性能的主要途径.以三聚氰胺为原料,二茂铁为复合材料,用KOH在氮气气氛下经高温活化制备样品,对样品进行电化学测试研究其电容性能.测试结果表明:样品具有良好的电容性能,且由于氮原子的引入,增加了材料的导电性,减小了电阻,说明所制备的样品具有良好的电容性能.     

高性能碳基储能材料的设计、合成与应用

电化学储能器件的性能很大程度上决定于其电极材料。碳材料具有来源广泛、化学稳定性好、易于调控、环境友好等优点,被广泛应用于各类能量存储系统,但仍存在能量密度低、倍率性能差等问题。本文从碳材料孔结构调控、杂原子掺杂、与金属氧化物复合三个角度,综述了构建高性能碳基储能材料的设计合成策略,介绍了其在锂/钠离子二次电池、超级电容器等领域的研究进展,对几种方法策略的优缺点进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。本文对高性能碳基储能电极材料的设计开发具有积极意义。     

间苯二酚—甲醛基碳气凝胶的制备及其应用

超级电容器是新型储能器件之一，电极材料是影响其性能的关键因素。以间苯二酚和甲醛为主要原料，采用反相悬浮聚合的方法，通过常压干燥和碳活化过程获得高比表面积的碳气凝胶材料。制备的碳气凝胶材料比表面积达到1 783.6 m2/g，具有丰富的微孔结构，其比电容达到122.4 F/g，作为3 000 F超级电容器的电极材料，经过循环充放电测试，证实其具有良好的循环稳定性。以常压干燥方式制备的碳气凝胶应用于超级电容器中，表现出的电化学性能优异，不仅提供了碳气凝胶产业化新思路，也表明碳气凝胶在储能领域具有非常广阔的应用前景。     

有机金属骨架材料在电化学储能领域中的研究进展

金属有机骨架材料（MOFs）由于其高比表面积、可调孔结构以及多样的组成等引起了学者们的极大关注,尤其在电化学储能领域取得了较大的研究进展。本文综述了近几年MOFs基材料在锂硫电池、锂离子电池和超级电容器等电化学储能领域中的应用。详细介绍了MOFs及其复合材料作为锂硫电池正极载体时与活性物质的作用机理,探讨了MOFs对活性物质硫的物理封装和化学配位作用。此外,阐述了MOFs衍生碳材料因独特孔结构、较强导电性和丰富活性位点等作为电极材料时对电池性能的提升。最后对MOFs基材料在电化学储能中的研究前景作出了展望,指出MOFs基材料中杂原子比例的控制和孔道设计是未来研究的重点。     

生物质碳材料的制备及其应用研究进展

生物质碳是以生物质为原料,在高温条件下去除其中的非碳元素制备得到的一类碳材料,是实现生物质转化利用的一种有效手段。生物质碳具有结构和形貌的多样性,可调的物理化学性质以及环境友好、低成本等特点成为当前环境和材料领域的研究热点。常用的生物质碳制备方法主要包括直接碳化法、化学活化法和水热碳化法等。目前生物质碳材料在电化学储能、水处理等领域表现出较好的应用前景。     

石蜡微胶囊型相变储能材料制备及表征

采用原位聚合法以30#石蜡为芯材、密胺树脂（MF）为囊材,制备了具有相变储热功能的微胶囊,并将所制得微胶囊添加到石膏板中。采用SEM、FTIR、DSC和TG等手段对微胶囊外观形貌、化学结构和热性能进行了表征,并测试了石膏板储能性能。结果表明：制得微胶囊中石蜡平均含量约为50.4%,相变温度和相变潜热分别为30℃、108.7 J/g;微胶囊表面光滑有突起,粒径在10～20μm;具有较好的外观结构和良好的热稳定性,能增强石膏板的保温性能。     

层次孔碳材料：结构设计、功能改性及新能源器件应用

发展电化学能源存储与转换技术是我国的长期重大需求。作为电化学能源器件中的关键材料,多孔碳材料已成为当前能源材料与化工领域的研究热点。层次孔碳材料是一类新型的多孔碳材料,同时兼具不同尺寸与功能的微孔、中孔或大孔。研究者通过对层次孔碳材料可控设计,已制得一系列孔结构、孔骨架及表面化学性质和微/纳拓扑形貌各异的新型层次孔碳及其复合材料,极大地提升了其能源存储和转化性能。本综述总结了近年来有关层次孔碳材料的结构设计、可控制备及其在电化学能源器件应用领域等方面的研究进展,并对其未来发展提出了建议与展望。     

多孔炭材料设计合成及电化学储能应用

多孔炭材料具有导电性好、结构稳定、资源丰富、价格低廉的天然优势，既可直接作为电极材料，构建炭基电化学储能器件，又可与非炭电活性材料复合，起到传输电子、缓冲体积膨胀及调节界面反应的作用，在电化学储能器件中一直发挥着不可或缺的作用。结合本文作者课题组的研究工作，本文总结了多孔炭制备及孔结构和形貌的调控方法，分析了各方法的优缺点；并以超级电容器、锂离子/钠离子电池和锂硫电池为代表，阐述了多孔炭材料在电化学储能领域的作用及应用研究现状，讨论了电化学储能器件对多孔炭材料的结构与性能要求，指出了多孔炭在电化学储能应用中存在的局限性，并对多孔炭在这些储能领域的研究和发展趋势做出展望。     

煤基零维纳米碳材料的合成、性能及其在能源转换和存储应用中的研究进展

煤是自然界中分布最广、储量最丰富的含碳资源,其分子结构与纳米碳材料具有天然的相似性,是优质的纳米碳材料前体。多年来,以煤为前体制备的各种纳米碳材料已被广泛应用于能源、信息、环境和生物医学等领域。其中,煤基零维纳米碳材料如纳米金刚石、富勒烯、碳纳米洋葱、碳点等,因其具有小的纳米尺寸、大的比表面积、独特的球形结构等,表现出优异的荧光特性、电化学性能以及催化性能等,在能源转化和存储等领域展现出极大的应用潜力。本文综述了基于煤炭及其衍生物为前驱体的各类零维纳米碳材料的制备方法和性能,并对其在照明显示、电化学储能、光/电催化等方面的应用进展进行总结,指出目前存在的问题与挑战及其解决策略,最后对其未来发展进行了展望。这为促进煤炭的高附加值转化和利用以及大规模制备煤基零维纳米碳材料提供理论和实践支持。     

生物质基多孔材料在保温材料中的研究进展

环保、节能、高效是保温材料未来的主要研究方向, 开发以生物质为原料的保温材料是未来趋势。生物质基多孔材料是指以可再生的生物质为前驱体制备的多孔材料, 其原料来源广, 制备方法多样, 具有孔隙率高、密度小、质量轻等优异特点, 在保温领域有很大的应用潜力。本文概述了多孔材料的保温机理, 并综述了近几年国内外对纤维素基、淀粉基、壳聚糖基、植物蛋白基多孔材料的研究, 重点介绍了表面活性剂发泡法、冷冻干燥法、致孔剂法、模具热压法、溶剂交换相分离法等在生物质基多孔材料制备中的应用。分析了生物质多孔材料存在的问题, 并对多孔保温材料未来的研究方向进行了展望。     

热解Ni/Co-ZIF-8制备碳纳米管桥连多孔碳及其在超级电容器中的应用

金属-有机骨架(MOFs)衍生碳材料具有丰富的孔道结构和超高的比表面积,在超级电容器等储能领域展现出巨大潜力。以环保型ZnO纳米球为模板,通过水热法制备核壳结构ZnO@Ni/Co-ZIF-8前体。将其在四种温度(700、800、900、950℃)下热解,获得不同形貌的Ni、Co及N掺杂的MOFs衍生碳材料Ni/Co-CN,并探究了煅烧温度对其储能性能的影响。结果表明,随着煅烧温度升高,Ni/Co-CN逐渐由多孔碳变为碳纳米管桥连多孔碳结构。当热解温度为900℃时,Ni/Co-CN-900的比电容最大。在1 mol/L的KOH电解液中对其进行循环伏安测试,曲线对称性良好,表明其具有优异的电化学可逆性。通过计算该过程电荷存储的电容贡献和扩散贡献占比可知,Ni/Co-CN的储能主要来自多孔碳的双电层吸附,少量来自N掺杂导致的法拉第反应。在0.5 A/g的电流密度下,Ni/Co-CN-900的比电容高达273.5 F/g。在10.0 A/g的电流密度下进行5000次恒流充放电后,其比电容保持率高达93.8%,展现出良好的电化学性能。     

热解Ni/Co-ZIF-8制备碳纳米管桥连多孔碳及其在超级电容器中的应用

金属-有机骨架(MOFs)衍生碳材料具有丰富的孔道结构和超高的比表面积,在超级电容器等储能领域展现出巨大潜力。以环保型ZnO纳米球为模板,通过水热法制备核壳结构ZnO@Ni/Co-ZIF-8前体。将其在四种温度(700、800、900、950℃)下热解,获得不同形貌的Ni、Co及N掺杂的MOFs衍生碳材料Ni/Co-CN,并探究了煅烧温度对其储能性能的影响。结果表明,随着煅烧温度升高,Ni/Co-CN逐渐由多孔碳变为碳纳米管桥连多孔碳结构。当热解温度为900℃时,Ni/Co-CN-900的比电容最大。在1 mol/L的KOH电解液中对其进行循环伏安测试,曲线对称性良好,表明其具有优异的电化学可逆性。通过计算该过程电荷存储的电容贡献和扩散贡献占比可知,Ni/Co-CN的储能主要来自多孔碳的双电层吸附,少量来自N掺杂导致的法拉第反应。在0.5 A/g的电流密度下,Ni/Co-CN-900的比电容高达273.5 F/g。在10.0 A/g的电流密度下进行5000次恒流充放电后,其比电容保持率高达93.8%,展现出良好的电化学性能。     

磷基负极材料在金属离子电池中的现状与趋势

新能源汽车的高速发展,对电池材料的能量密度提出更高的要求。磷由于具有比容量高、倍率性好、资源丰富、价格低廉等特性而被视为最具潜力的金属离子电池负极材料之一。针对磷基负极材料在电化学循环过程中存在的体积膨胀率大、循环性能差、导电性差等缺点,将磷与不同材料复合可以提升其电化学性能。本文重点综述了红磷与不同碳材料的复合,复合材料的制备方法、结构设计以及每种复合材料对电化学性能的影响、每种材料的不足及改进措施：天然多孔碳与红磷结合既可保证材料的电化学性能又可控制材料的成本,逐渐成为一种趋势。接着,综述了以红磷为原料制备不同金属磷化物的研究进展,包括不同金属磷化物的晶体结构、制备方法、电化学循环过程中的氧化还原机制以及每种金属磷化物的研究意义 不同金属磷化物用在合适的特定工作环境下可以取得事半功倍的效果。最后,对磷基材料在金属离子电池中的应用前景进行了展望：研究过程以密度泛函理论、第一性原理等手段指导磷基材料的设计,采用真空和超重力等方式对红磷转化加以控制,最终实现对磷基材料大规模、低成本、高安全的应用。     

CaCl2·6H2O/多孔Al2O3复合相变材料的制备与热性能

将CaCl2·6H2O作为相变材料,3%的硼砂作为成核剂,以多孔Al2O3作为基体,通过真空浸渍法和多孔Al2O3的毛细吸附作用,制得不同比例的CaCl2·6H2O/多孔Al2O3复合相变材料,并进一步对其微观结构和热性能进行了分析。N2吸附脱附等温线分析证明,多孔Al2O3具有较大的比表面积。SEM照片和FTIR光谱说明CaCl2·6H2O被成功吸附入Al2O3的多孔结构中。DSC曲线显示,复合相变材料的熔融潜热可达99.81 J/g,说明其具有良好的相变储热性能。