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%。     

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%。     

三维结构聚丙烯酰胺/聚乙烯醇水凝胶的合成及其在超级电容器中的应用

分别以过硫酸铵(APS)和N-N二甲基双丙烯酰胺(NMBA)作为引发剂和交联剂引发交联具有三维网络结构的聚丙烯酰胺/聚乙烯醇(PAM-PVA)水凝胶,将该水凝胶浸泡在6mol/L的KOH溶液中不同时间,制备凝胶聚合物电解质,并组装成双电层超级电容器。采用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学测试技术对组装的超级电容器进行全面的性能研究,采用蓝电监测系统测试组装的超级电容器的稳定性。结果表明,以2.0g聚乙烯醇和10.0g丙烯酰胺反应制得的凝胶基体在吸收72h电解质溶液后组装的超级电容器性能最优,其比电容可达230F·g~(-1),5 000次充放电之后其循环保持率仍高达98%。     

超级电容器电解质研究进展

电解质作为超级电容器的重要组成部分,对器件性能起着关键性作用。本文对近些年来超级电容器各种电解质,包括水系、有机液体、离子液体、固态/准固态聚合物电解质和氧化还原体系电解质的特点和最新研究成果进行了描述;重点介绍了固态/准固态聚合物电解质的分类及其性能研究概况。提出了发展电位窗口宽、离子电导率高、电化学性能稳定的离子液体和机械强度等综合性能优良的凝胶聚合物电解质是将来超级电容器电解质发展领域的趋势,最后对超级电容器电解质的发展前景进行了展望。     

聚乙烯醇基凝胶电解质的制备及在储能器件中的应用

由于在电化学能源存贮与转化器件中所展现出的巨大潜在应用前景,固态聚合物电解质膜的开发受到研究界的广泛关注。基于柔性储能与转换器件的发展,以聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)为基体的凝胶聚合物电解质(Gel polymer electrolytes, GPEs)因亲水性强,无毒,良好的兼容性以及优异的化学稳定性,是当前研究较多的理想电解质材料。本文从PVA基水凝胶电解质的制备合成原理、方法和性能表征出发,总结和讨论了其基本物理特性和电化学性能,并就PVA基水凝胶电解质在超级电容器、柔性锌空电池、锂离子电池以及太阳能水热电池中的研究和应用进展进行了综述,并对其在该领域未来的发展做出展望。     

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...     

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。     

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。     

可穿戴柔性超级电容器用强韧、自修复、抗冻的三角色铁氰化钾氧化还原凝胶聚合物电解质（英文）

超级电容器的韧性、自修复和高比电容对于柔性和可穿戴电子设备具有重要的实用价值.为此,我们制备了一种新型的聚乙烯醇-海藻酸钠-铁氰化钾-硫酸钠多功能凝胶聚合物电解质.其中铁氰化钾起到了三角色作用,包括载流子供体、离子交联剂和氧化还原活性剂,有效地缓解了凝胶聚合物电解质通常存在的电导率与机械性能间的矛盾.此外,由于铁氰化钾的氧化还原反应提供了赝电容,组装的超级电容器具有很高的电极比电容和能量密度.该超级电容器还表现出优异的弯曲、拉伸、自修复和抗冻能力.因而,制备的凝胶聚合物电解质和超级电容器在复杂使用条件下的柔性和可穿戴电子设备中具有广阔的应用前景.     

碳纳米管在HQ/H_2SO_4电解质体系中的超级电容器性能研究

以自组装法合成的聚苯胺为前驱体,将其碳化活化后得到活性碳纳米管,分别研究了活性碳纳米管在H2SO4和氢醌(hydroquinone,HQ)/H2SO4电解质溶液里的超级电容器性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和比表面及孔径分析等方法对材料的形貌和孔径分布进行表征。采用循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗法分别研究了超级电容器在1mol/L H2SO4、0.4mol/L HQ/H2SO4电解质溶液中的电化学性能。在扫描速率为2mV/s时,碳纳米管电极在H2SO4和HQ/H2SO4电解液中的比电容分别为188和380F/g。研究表明,在HQ/H2SO4电解质溶液中可以为超级电容器提供氧化还原赝电容,其比电容量提高了192F/g。     

煅烧温度对Li0.33La0.56TiO3固态离子电容器性能的影响

本文采用固相法在900、1000、1100和1200℃煅烧温度条件下合成了Li_0.33La_0.56TiO₃(LLTO)固态电解质材料, 并将其组装为LLTO固态离子电容器。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)等技术研究了煅烧温度对LLTO固态电解质和固态离子电容器的显微结构、形貌、离子电导率和储能性能的影响。实验表明, 较高的煅烧温度有利于获得性能优异的LLTO固态离子电容器。在室温下, 1200℃煅烧温度制备的固态离子电容器晶粒离子电导率高达 9.6×10^-4 S/cm, 且具有明显的双电层电容特性, 在4 V电压窗口下比电容为3.52 mF/g。此外, 固态离子电容器比电容随晶粒电导率的增大而增大, 同时受电极与固态电解质接触面积的影响。     

基于碳纳米管纤维生长锌钴双金属氧化物纳米线森林的高能量纤维状超级电容器（英文）

随着可穿戴电子器件的发展,新型纤维状超级电容器逐渐成为最新一代储能器件。然而,纤维状超级电容器较低的电导率和较小的比电容限制了其在高能量密度器件中的应用。本工作采用水热法在碳纳米管纤维表面生长锌钴双金属氧化物纳米线森林设计高能量纤维状超级电容器,利用锌钴双金属氧化物和碳纳米管纤维的协同效应显著提高复合纤维的电化学性能。使用聚氯乙烯薄膜和聚乙烯醇/氯化锂凝胶电解质与复合纤维组装全固态纤维状对称超级电容器,并测试其电化学性能。组装的复合纤维比电容达到112.67 mF·cm~(-2),功率密度0.45 mw·cm~(-2)时的能量密度为12.68μwh·cm~(-2)。复合纤维有较好的循环稳定性,以1 mA·cm~(-2)的电流密度进行10 000次循环,其电容保持率为90.63%。此外,在几种不同弯曲角度下,循环伏安曲线的变化可以忽略不计,说明复合纤维具有良好的柔韧性和力学稳定性。全固态纤维状超级电容器的优异性能为便携式和可穿戴电子产品的发展提供了新的机遇。     

新型多功能无机/有机复合薄膜的制备及电化学性能研究

将铈钛氧簇[Ti₈O₇(HOEt)(OEt)₂₁Ce]和PEDOT低聚物的混合溶液通过滴涂-二次聚合成膜制得一种表面具有特殊纳米沟壑结构的无机/有机复合薄膜PEDOT:Ce@TiO₂。PEDOT:Ce@TiO₂具有很强的疏水性和对乙腈溶液较好的润湿性, 能用作阴极电致变色材料和超级电容器电极材料。PEDOT:Ce@TiO₂展现出较PEDOT薄膜更优良的电化学性能, 在电流密度为1 A/g时, PEDOT:Ce@TiO₂的质量比电容为71.2 F/g, 是相同条件下PEDOT薄膜的质量比电容的1.7倍。采用PEDOT:Ce@TiO₂进一步组装了全固态电致变色超级电容器原型器件, 当充电完成时器件的变色区域呈现墨绿色, 当放电完成时器件的变色区域呈现亮黄色。     

苯硼酸水凝胶电解质的制备及其在柔性超级电容器中的应用

以3-丙烯酰胺基苯硼酸（AAPBA）和丙烯酰胺（AM）为原料,过硫酸铵（APS）为引发剂,制备得到机械强度高的水凝胶电解质P(AAPBA-co-AM),探究了其力学性能以及组装成超级电容器后的电化学性能。结果表明：聚3-丙烯酰胺基苯硼酸和聚丙烯酰胺链之间多重氢键的协同作用,使得水凝胶具有良好的力学强度和韧性,其断裂应力为170 kPa,断裂伸长率为5 000 %。在1 A/g电流密度下,比电容达到116 F/g,经过2 000次循环后的电容保持率为74%。超级电容器经多次弯曲、折叠,其电化学性能基本保持不变,展现良好的柔性以及电化学稳定性。     

在KOH活化的激光诱导石墨烯上沉积MnO2用于柔性平面微型超级电容器(英文)

柔性超级电容器具有超高的功率密度和超长的循环寿命，结合其结构的灵活性、轻质和形状多样性的特点，在储能领域具有巨大的应用潜力。发展柔性超级电容器首先要解决柔性电极制备的难题。本研究通过激光直写技术结合KOH活化得到高柔性、高导电性的微孔石墨烯基底，即活化的激光诱导石墨烯(a-LIG)，然后用电化学沉积法在其上沉积二氧化锰，成功开发出柔性a-LIG/MnO₂电极。在1 mol/L的Na₂SO₄电解质中，当电流密度为1 mA/cm²时，复合aLIG/MnO₂电极表现出304.61 mF/cm²的高面积比电容。以a-LIG/MnO₂为阳极，a-LIG为阴极，PVA/H₃PO₄为凝胶电解质，组装了柔性非对称超级电容器，在功率密度为260.28μW/cm²时其面积能量密度为2.61μWh/cm²，在电流密度为0.2 mA/cm²时其面积比...     

基于TEABF4/PAN-b-PEG-b-PAN柔性超级电容器的性能研究

采用溶液浇注法,以丙烯腈(AN)和聚乙二醇(PEG)制备了聚丙烯腈(PAN)-b-聚乙二醇-b-聚丙烯腈三嵌段共聚物(PAN-b-PEG-b-PAN),以其作为聚合物基体,以四乙基四氟硼酸铵(TEABF_4)为电解质盐,采用二甲基甲酰胺(DMF)作为增塑剂,制备了TEABF_4/PAN-b-PEG-b-PAN凝胶聚合物电解质。以活性炭作为电极制备柔性超级电容器,通过形貌表征和电化学性能测试探究TEABF_4与PAN-b-PEG-b-PAN的最佳质量配比。结果表明:当TEABF_4与PAN-b-PEG-b-PAN质量比为0.5时其性能最佳,电导率可达5.2×10-2S/cm、比电容为96.18F/g、能量密度为90.30Wh/Kg,5000次循环电容保持率为89%。     

碳纳米管/聚苯胺复合电极的制备及其性能表征

采用柔性碳布作为复合电极的集流体,将高导电性的碳纳米管(CNTs)通过静电植绒的方式嵌入聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂中,得到具有更大电化学活性表面积的复合结构。然后将所得的材料通过电化学沉积的方式将具有赝电容特性的聚苯胺(PANI)镀在CNTs表面,得到了具有碳纳米管/聚苯胺(CNTs/PANI)两种活性物质的二元复合电极。采用扫描电子显微镜(SEM)对电极材料的结构进行表征。并将其与含有硫酸的聚乙烯醇(PVA)水凝胶电解质组装成具有对称结构的柔性固态超级电容器(SSC),并利用电化学工作站对其电性能进行测试,结果表明：在1 mA/cm²的电流下,具有517 mF/cm²的比容量;经过2500次的循环后,具有79.8%的容量保持率,库伦效率超过97%。该研究表明静电植绒技术可以作为制备高性能电极材料的一种有效途径。     

聚合物电解质在超级电容器中的研究进展

便携式电子器件迅速发展,安全性能更高的聚合物电解质受到广泛关注。本文介绍了近些年应用于超级电容器的各类聚合物电解质,包括全固态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质、多孔聚合物电解质、复合聚合物电解质以及能够提供赝电容的氧化还原聚合物电解质,并详细讨论了上述聚合物电解质的特点和研究进展。提出了发展宽电压窗口、高离子导电型、高机械强度、质轻且薄的有机复合凝胶聚合物电解质会是超级电容器电解质领域未来的发展趋势;综合性能优异的聚合物电解质将会在超级电容器等新能源领域发挥重要作用。     

5-磺基水杨酸掺杂聚吡咯/ZIF67复合材料的超电容性能

为充分利用金属-有机框架化合物(MOF)丰富的多孔结构与导电聚合物的独特掺杂结构,研究掺杂剂对MOF/导电聚合物复合材料的结构及电化学性能的影响,以实现稳定的化学掺杂。通过调控Co²⁺与2-甲基咪唑的摩尔配比常温反应制备得到三维花状结构的ZIF-67(命名为Z8);利用简便的原位聚合反应制备得到5-磺基水杨酸(5-SSA)掺杂聚吡咯(PPy)/Z8复合材料。Z8的引入能在一定程度上减少PPy微球的堆积,其与5-SSA之间的多重氢键、共轭效应等有利于PPy实现稳定的化学掺杂,其有利于电子及电解质离子的快速传输,并为PPy提供支撑。电化学测试结果表明,所有的复合材料中,PPy/10wt%Z8可获得最佳的电化学性能,其在1 A·g^-1的电流密度下的比电容可达300 F·g^-1。以PPy/10wt%Z8为正极,活性炭为负极,柔性碳布作为支撑体,聚乙烯醇(PVA)-H₂SO₄为电解质组装得到柔性非对称超级电容器,在1 mA·cm^-2的电流密度下,其比电容为200 m...     

超级电容器用掺杂聚苯胺纳米材料的乳液聚合法及电容性能研究

以二氧化锰(MnO2)为氧化剂,通过乳液聚合法室温条件下制备了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基磺酸钠(SDS)、曲拉通(T-X100)掺杂的聚苯胺(PANI-SDBS、PANI-SDS、PANI-T-X100)。并采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)以及X射线衍射(XRD)对其结构和形貌进行了表征。以掺杂PANI为活性物质制备电极,1.0mol/L H2SO4水溶液为电解液组装超级电容器,用循环伏安法(CV)、电化学阻抗(EIS)和恒电流充放电技术分别测试了掺杂PANI电化学性能。结果表明,以PANI-SDBS、PANI-T-X100为电极材料的超级电容器在5mA/cm2放电电流下的比电容为393、339F/g,均高于未掺杂PANI的比电容(228F/g),1000次循环后的比电容仍高于未掺杂PANI。其中PANI-SDBS纤维纳米材料具有较高的比容量和良好的循环性能。