碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料的制备及性能研究

柔性超级电容器作为一种储能器件,具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、比电容高等优点,可满足可穿戴器件的需求,而柔性电极材料是决定柔性超级电容器发展的关键因素,它决定着电容器的主要性能指标。采用混纺的方法制备了碳纤维含量为20%(质量分数)的碳纤维/棉纤维混纺纱线,然后通过电化学沉积法在碳纤维/棉纤维混纺纱线上生长聚吡咯颗粒,成功制备了20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱分析仪和电化学工作站研究了复合材料的形貌、聚吡咯沉积情况以及复合材料的电容性能。结果表明,20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料中,聚吡咯颗粒直径为30~60 nm,且沉积均匀,化学活性较高;在1.02 mA/cm^2电流密度下,复合材料的最大比电容达到1.28 F/cm^2,其高比电容归因于电极的独特结构;复合材料具有良好的柔韧性、机械稳定性和充放电循环寿命,其经过6000次弯曲循环后,电容保持率仍有80%以上,可以用作柔性可穿戴超级电容器的电极材料。     

超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器作为一种新型、高效的储能元件,受到研究人员的广泛关注.主要综述了应用于超级电容器的活性碳、金属氧化物、导电聚合物复合材料等电极材料的研究进展以及现状,并探讨了电极材料的发展方向和研究重点.     

超级电容器碳纳米管及其复合电极材料最新研究进展

超级电容器作为一种新型储能元件,具有比传统电容器高得多的能量密度和比电池大得多的功率密度以及超长的使用寿命等特点.碳纳米管由于具有良好的导电性和高比表面积而成为超级电容器的理想电极材料.综述了用作超级电容器电极材料的碳纳米管及其复合材料的结构、特性、电化学性能和基于该材料的超级电容器研究的新成果.     

金属氧化物超级电容器及其应用研究进展

超级电容器作为一种新型储能装置，与蓄电池相比具有较高的比功率，与传统电容器相比具有较高的比能量、容量大、运行温度范围宽，循环寿命长，引起了人们的广泛关注。本文综述了超级电容器的储能原理，特点，应用范围等，并详细介绍了用金属氧化物及水合物做电极材料的超级电容器的最新研究进展。     

MXene材料的纳米工程及其作为超级电容器电极材料的研究进展

温室气体的过量排放对全球气候产生严重不良影响,如何减少碳排放已成为全球性议题。超级电容器具有使用寿命长、功率密度高、碳排放量相对较低的优点。大力发展超级电容器储能是建立未来能源系统的可靠和有效措施。MXene材料具有优良的亲水性、电导率、高电化学稳定性和表面化学可调性,近年来在超级电容器储能应用研究领域广受关注,但MXene严重的自堆叠问题限制了其储能性能充分发挥,开发更先进的MXene材料对于下一代高性能电化学储能设备至关重要。基于此,本文综述了MXene材料在超级电容器储能应用领域的研究进展,介绍了MXene的结构和储能特性,探讨了MXene的储能机理,重点剖析了纳米工程改进MXene电极性能的结构设计,详细总结了MXene复合材料构效关系和在超级电容器应用方面的最新研究进展,最后提出了MXene材料用作超级电容器电极的研究方向和发展趋势。     

中国科大发明一种用于全固态超级电容器的新型高效电解质

正近日,中国科学技术大学谢毅团队吴长征课题组与刘光明课题组合作,将具有独特离子通道的新型两性凝胶电解质用于全固态超级电容器,获得了目前石墨烯基全固态超级电容器的最优性能。该两性凝胶电解质有望成为全固态超级电容器领域中的新型高效电解质。该研究成果近日在线发表在Nature Communications上。面对日益增长的能源需求,全固态超级电容器作为新型储能设备得到了广泛关注,而凝胶电解质是其中的关键技术     

结构储电碳纤维复合材料研究进展

复合材料化是航空、航天、国防、交通等装备结构升级的重要趋势。碳纤维复合材料的力学性能优异,同时兼具良好的导电特性,可用于存储和释放电能,实现结构的承载和储/放电一体化,从而达到材料多功能化和结构轻量化。结构储电复合材料通常是采用碳纤维织物作为电极材料,采用具有结构承载和离子导电的多功能聚合物基体为固态电解质,玻璃纤维织物等作为隔膜材料。本文主要对典型结构储电复合材料进行综述,包括结构电池、结构介电电容器和结构超级电容器,详细阐述了三种结构储电复合材料的组分材料、器件工作原理及多功能特性等。通过对比三种结构储电复合材料,概括了结构储电复合材料所面临的问题和挑战,提出了结构储电复合材料的发展趋势。      

沸石咪唑酯骨架结构材料在超级电容器中的应用研究

超级电容器作为一种新型的储能器件,近年来引起了人们的高度关注。沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)作为金属骨架结构材料(MOFs)中的一种,具有无机沸石高稳定性与MOFs高孔隙率等特点。主要介绍了近5年来ZIFs材料及其复合材料在超级电容器中的应用及发展。     

碳纤维复合材料结构锂离子电池研究综述

碳纤维复合材料结构锂离子电池是将结构件和储能系统相结合，在保持碳纤维力学性能的同时，赋予其优异的储能性能，使动力电池组在减重的同时简化结构设计，提高能量效率和结构效率。在低碳经济的大环境下，碳纤维复合材料结构锂离子电池作为一种新型储能器件引起了国内外学者的极大关注。本文综述了嵌入集成式结构电池和多功能复合材料结构电池的工作原理、制备工艺及储能性能等基础问题的研究现状，提出了全碳纤维固态结构电池的概念及其设计原型。同时简要介绍了现阶段碳纤维复合材料结构锂离子电池最具代表性的应用，并展望了其在航空航天和交通运输等领域的应用价值。     

超级电容器的储能原理及其电极材料的研究进展

超级电容器因具有高比功率、大电容和循环寿命长等特点,成为一种新型的储能装置,具有广泛阔应用前景.它可分为双电层电容器、法拉第准电容器和混合型超级电容器.重点介绍了超级电容器的储能原理及其电极材料的研究进展,并探讨了以后的发展方向.     

能源互联网背景下的新型碳材料在超级电容器储能技术中的应用与发展

超级电容器是一种介于传统静电容器和化学电池之间的新型储能元件,具有功率密度大、充放电速度快、使用寿命长、绿色环保等特点。而作为超级电容器重要的组成部分——电极材料,对超级电容器的电化学性能和市场应用起到重要的影响和制约。近年来,以碳气凝胶、碳纳米管、碳纤维和石墨烯等为代表的新型碳材料,成为超级电容器电极材料的研究热点,有望成为新一代电极材料。对近年来国内外关于新型碳材料的应用与发展进行了综述,并且展望了新型碳材料在超级电容器储能技术中亟需解决的问题和未来发展趋势,为构建能源互联网提供理论依据和技术支持。     

MXene修饰碳纤维电极的制备及其超级电容器性能研究

近年来，柔性储能设备因便携、可穿戴性而受到广泛关注，二维过渡金属碳化物MXene因其具有优良的储能性能和柔韧性而被广泛的运用于柔性储能系统。采用冷冻干燥的方法，使分散的MXene纳米片层吸附在酸化后的碳纤维表面，通过碳纤维不同的酸化时间、MXene浸渍次数和不同的溶液浓度下进行处理。采用SEM、FT-IR、XRD观察对比不同处理条件下碳纤维微观物理化学结构的变化情况，同时采用电化学工作站对不同处理条件下碳纤维复合电极的储能性能进行探讨。结果表明，选择合适的酸化时间，浸渍次数和溶液浓度条件，能够使MXene纳米片层牢固有效的附着在碳纤维表面，有效提升复合电极的电化学储能性能，在合适的处理条件下，碳纤维复合电极的比电容可达到70.9 F/g。复合电极组装超级电容器，其比电容有12.8 F/g,是烧蚀CF样品的6倍。     

生物质衍生碳/MnO2复合材料在超级电容器中的应用进展

超级电容器具有充放电速度快、能量密度高、循环稳定性好等优点，而电极材料决定超级电容器的电化学性能。可再生生物质经过高温炭化可制备不同微观结构的碳材料，然而，这些碳材料存在比容量低的缺点；MnO₂具有高理论比电容，缺点是循环稳定差。生物质衍生碳与MnO₂复合可以实现两者优势互补。首先介绍了生物质衍生碳/MnO₂复合材料的制备方法，包括化学法、水热法和电沉积法。然后，按照不同生物质衍生碳的微观结构进行分类，综述了多孔碳/MnO₂、碳球/MnO₂、碳纤维管/MnO₂、碳纳米片/MnO₂和三维碳/MnO₂复合材料的制备及在超级电容器中的应用性能。最后，总结了综合性能最优的生物质衍生碳/MnO₂复合材料，并针对该领域存在的问题提出了其未来发展方向。     

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。     

纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极的制备

目的以纳米纤维素/碳纤维复合膜为导电基底,制备纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管超级电容器电极。方法利用超声处理和真空抽滤制备纳米纤维素/碳纤维复合膜;利用原位聚合法制备聚苯胺和聚苯胺/碳纳米管复合材料;通过真空抽滤法制备纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺电极和纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极。结果在纳米纤维素/碳纤维复合膜中,碳纤维形成了互穿导电网络结构,是良好的超级电容器电极导电基体;纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极具有良好的电化学性能,在扫描速率为5 mV/s的条件下,质量比电容为380.74 F/g,且在1000次循环测试后,电容保留率为88.05%。结论以纳米纤维素/碳纤维导电复合膜作为基体制备的纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极具有良好的电化学性能,可以作为超级电容器电极。     

双金属氧化物和复合材料的合成及其在超级电容器中的应用进展

作为一种介于传统静电电容器和电池之间的新型储能器件, 超级电容器的整体性能受限于电极材料。研究发现, 赝电容材料拥有数十倍于碳基材料的比容量。而双金属氧化物作为一种新型赝电容材料, 因其多重氧化态、多金属离子特性和高理论容量, 在电化学储能领域备受关注。本工作系统介绍了双金属氧化物及其复合材料的合成及性质, 对双金属氧化物及其复合材料在超级电容器电极材料方面的应用进行了简要概述, 并展望了其发展前景和重点发展方向, 以及需要解决的科学问题。     

石墨质多孔炭的制备及其双离子电容储能机理

作为锂离子电池和超级电容器的结合，锂离子电容器由于兼备电池和电容器的优点而受到了广泛关注。然而因其正极双电层电容行为的储能机理，锂离子电容器的能量特性受到了较大的限制。因此，为了从根本上增强锂离子电容器正极材料性能，本研究提出了双离子电容器的储能机理。以柠檬酸钾/镁/铁为原料，合成了兼备石墨质结构与层次化多孔结构的石墨质多孔炭，并以其为正极材料，实现了兼具锂离子电容器正极离子吸附行为与双离子电池正极阴离子插层行为的双离子电容储能。由于石墨质多孔炭结构中石墨质结构在高电位下由阴离子插层反应贡献的额外平台容量以及对于材料导电性的增强，石墨质多孔炭正极材料的能量特性明显超过多孔炭及人造石墨正极，实现了从储能机理的层面的器件性能增强。     

可拉伸超级电容器碳基复合电极材料的研究进展

随着便携式和可穿戴电子产品的发展,人们对柔性储能设备的需求越来越迫切。常用的储能设备有锂离子电池、超级电容器等。与锂离子电池相比,超级电容器具有更快的充放电速度、更高的循环稳定性能和更大的比电容等优点。但传统的超级电容器在受到拉伸、压缩等外力作用时,存储功能难免下降甚至丧失。因此,可拉伸超级电容器引起了研究者们的关注。电极是可拉伸超级电容器的重要组成部分,人们通过制备性能优异的电极材料或设计能够抗压缩、拉伸、扭曲等高强度机械力的电极结构来提高电极的电化学性能和力学性能。碳纳米管、石墨烯、碳纤维和碳气凝胶等碳材料属于双电层电容器电极材料,它们虽然比表面积大、循环稳定性强,但仍存在低比电容、低能量密度等缺点。其中,石墨烯更是面临因堆叠团聚而导致的储能性能降低的问题。于是,人们在将碳材料与其他电极材料结合制备碳基可拉伸复合电极材料方面做了许多尝试。高比电容的赝电容电极材料、大比表面积的过渡金属硫化物或高导电性的金属纳米线,都已被发现能够与某些碳材料产生协同互补,形成的碳基复合电极在比电容、循环稳定性和力学性能方面相比单种碳电极材料有明显提高。本文在对比介绍用作可拉伸超级电容器的各种碳材料的优势与不足的基础上,综述了近年来广泛应用于可拉伸超级电容器的碳基复合电极材料的研究进展。     

石墨烯/层状双氢氧化物纳米复合材料在超级电容器中的应用研究

石墨烯/层状双氢氧化物(Gr/LDH)纳米复合材料多变的层状立体结构使其具有比表面积大、功率密度高、机械性能稳定、成分可调控等优良性能,成为储能材料领域备受关注的材料之一。概述了Gr/LDH复合材料的特点及制备方法,并对复合材料在超级电容器领域的应用研究进展进行了评述。Gr/LDH的制备方法有水热合成法、共沉淀法、剥离重堆积法、层层自组装法等。通过制备方法的改进,复合材料可得到更加合理的微观形貌特征,在超级电容器电极材料领域亦表现出更广阔的应用前景。     

三维结构应用于储能器件的研究进展

锂离子电池和超级电容器作为新型储能器件因具有能量密度高、充放电效率高、绿色环保等诸多优点，能够应用于能源、汽车、电子器件等领域，备受研究者的关注。三维结构能够增大电极材料的单位立足面积，有效提高电极材料的利用效率，显著改善储能器件的电化学性能。为了进一步提升储能器件的电化学性能和拓宽其应用领域，设计制备具有3D结构的电极材料显得非常必要。主要对利用三维结构电极材料制备锂离子电池和超级电容器进行综述，分析了不同三维结构制备储能器件的优点以及存在的问题，并对三维储能器件的发展方向进行了展望。