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。     

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。     

石墨烯储能应用的技术进展及产业化现状

石墨烯因具有高导电导热性、高比表面积、高柔性等诸多优异特性而被广泛研究,是一种极具潜力的新型储能材料。针对已实现商业化应用的领域,本文系统总结了石墨烯材料在锂离子电池、超级电容器等电化学储能应用领域的技术进展、产业化发展现状和存在问题,分析了石墨烯在储能应用领域的发展趋势,展望了未来在产业化方面的应用潜力,并提出了发展建议。     

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。     

高熵电化学储能材料的研究进展与新机遇

能源革命中的新范式对电化学储能技术提出了更高的要求,而储能材料是电化学储能技术发展的关键。近年来,高熵作为一种新兴的材料设计策略,极大地扩展了电化学储能材料设计空间,有望用于突破当前电化学储能材料综合性能瓶颈,为电化学储能技术发展提供新动力。重点介绍了高熵电化学储能材料在锂离子电池、钠离子电池以及超级电容器电极材料方面的研究进展;简述了高熵材料的基本概念,主要包括高熵的定义与相关效应。从高熵的视角,总结了相关效应对电化学储能材料结构特性及性能的影响规律。最后,总结了对未来高熵电化学储能材料发展所带来的新机遇与新挑战提出了个人理解。     

半固态储能电池的研究进展

半固态储能电池结合了可充电电池的高能量密度和液流电池设计灵活的优点,是一种新型电化学储能技术,近年来受到人们的广泛关注。通过综述半固态电池在锂离子电池、锂硫电池、锌电池、空气电池、有机电池及其他不同类型的储能电池领域的研究进展,并探究了半固态电极中的活性材料、导电剂、电解液及电池结构对半固态电池性能的影响,进而对半固态电极发展中存在的问题进行了分析和总结,发现通过开发新材料与新化学体系,可有效提高半固态电池的性能。最后提出展望,今后半固态电池的研究重点为提高电池能量密度、循环稳定性以及降低浆料黏度等。     

电力系统储能中的多孔碳电池材料及应用实验研究

针对电化学储能中的高能二次电池的经济效益、容量和稳定性等问题，提出一种制备Si/C@GR/G复合材料的方法和电池电极片工艺优化，并对其性能进行研究。实验结果表明，制备的包覆型碳硅复合材料能够减少电解液消耗，提高材料活性和电池容量；石墨烯的最佳掺量为5%，石墨烯二次包裹覆盖Si/C复合材料，此时，电池充放电过程中每次循环的电流及其增幅较强，材料表现出较好的活化反应和导电性，电池活性最佳；复合材料中纳米硅含量为10%时，电池表现出高容量、较好的充放电循环稳定性、安全性等优点。综上，制备的Si/C@GR/G多孔碳电池复合材料，不仅成本低，安全环保，还可以有效提高锂离子电池的容量、循环稳定性，表现出良好的电化学综合性能。     

煤基石墨烯及复合材料在储能领域的应用

石墨烯及复合材料具有比表面积大、电导率高、导热性能和力学性能良好等优点,在电极材料、传感器、储氢材料等领域具有广泛的应用。但以高碳含量的天然资源煤为前体制备煤基石墨烯及复合材料达到煤炭清洁高效利用的研究目前报道有限,尤其是将其作为电极材料应用到储能领域的研究较少。本文重点总结了以不同煤质及衍生物为原料构建不同形貌和结构的煤基石墨烯及复合材料的方法以及存在的问题,详细介绍了煤基石墨烯及复合材料在储能领域,尤其是超级电容器、锂离子电池及钠离子电池领域的应用研究现状,最后提出了当前煤基石墨烯及复合材料的主要研究方向。该综述旨在为煤基新型石墨烯及复合材料的制备开发以及在储能领域的应用提供一定的思路。     

钠离子电池负极材料的储钠机制及性能研究进展

绿色能源的应用,促使着电化学储能与转换技术的飞速发展。锂离子电池作为储能领域最成功的二次离子电池之一,已被应用于各种电子产品中,但是由于锂资源短缺造成锂离子电池的成本增加,限制了其在大规模储能设备领域的应用。因此,寻找价格低廉、性能优异的二次离子电池是当下的研究热门之一。钠离子电池不仅拥有和锂离子电池相似的工作原理,而且还具有成本低、资源丰度大和可逆容量高的特点,有望成功地代替锂离子电池而应用于商业化生产。本工作主要综述了钠离子电池负极材料的性能研究进展,首先根据钠离子在负极材料存储方式不同,分析归纳了负极材料的插层反应、合金化反应和转换反应三种储钠机制,然后介绍了负极材料的结构修改、元素掺杂和材料复合三种改性方式,随后重点介绍了碳基材料、钛基材料、合金类材料、转换类材料和有机材料等几种关键的钠离子电池负极材料的电化学性能和所面临的问题,最后,以实际生产和工业应用为基础,展望了钠离子电池负极材料的研究方向。     

MXene在电储能领域的研究进展

近年来，过渡金属碳或氮化物MXene一经问世，就引起广泛研究。因其具有独特的物理化学性质，MXene及其复合材料在储能、催化、传感、电磁屏蔽领域存在潜在价值。MXene在锂离子电池、钠离子电池等二次电池和超级电容器的应用中表现出优越的电化学性能，有广阔的应用前景。文中列举了目前广泛使用的磷酸铁锂电池的工作原理。综述了MXene及其复合材料在电储能领域的研究进展，对MXene材料及MXene基复合材料在电储能领域的研究做出展望。     

金属-有机框架在二次电池中的储能机制研究进展

金属-有机框架（MOFs）具有多孔、大比表面积和结构与功能可调控等特点,已被广泛用作二次电池电极材料。本文重点介绍了MOFs作为二次电池电极材料的储能机制研究进展,主要分为转化储能机制、脱嵌储能机制、物理吸脱附储能机制等,并分析了各类储能机理的储能特点及对电化学性能的影响,探究了MOFs在较大离子半径的钠、钾离子电池中的应用特点及发展潜力。最后简要讨论了MOFs作为电极材料的设计思路为兼顾各类储能机制的优点,即选用较多储能位点的结构及较稳定的金属离子作为有机配体的连接点。     

锂硫电池隔膜的研究现状

锂硫电池具有较高的理论比容量(1 675 mAh/g)和能量密度(2 600 Wh/kg)优势,并且用于该电池的活性物质单质硫廉价、环境友好,被认为是目前最具发展潜力的新一代高能量密度的电化学储能体系之一。隔膜作为锂硫电池的关键材料之一,其性能优劣将会直接影响锂硫电池的性能。本文主要综述了锂硫电池隔膜的种类、改性方法等方面的研究进展,建议开发新的高品质锂硫电池隔膜材料,最终使其电化学性能得以提高。     

黏土矿物纳米材料在锂电池隔膜和固态电解质中的应用研究进展

锂离子电池已被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和电网等领域,深刻地影响着人们的日常生活。但是受限于其低的能量密度、安全性等问题,需开发稳定、高效的电化学存储材料。黏土矿物因其独特的纳米结构、丰富的活性位点、高的比表面积、丰富的储量和低成本等优点,在锂二次电池领域有着广阔的应用前景。本文首先介绍了黏土矿物纳米材料的分类、结构和化学组成等。然后,综述了黏土矿物纳米材料在锂二次电池隔膜和固态电解质隔膜方面的应用研究进展。最后,总结了黏土矿物在电化学储能领域的优势和不足,并展望了其未来发展趋势。     

石墨烯在锂离子电池中的应用

概述了石墨烯作为锂离子电池电极材料截体,分别从正极材料和负极材料两方面综述了石墨烯的加入对不同电极材料导电性的提高和对锂离子电池电化学性能的改善,尤其是对大电流放电性能和倍率性能的改善.     

一维纳米储能材料的合成与应用

近年来的能源危机和环境污染问题加速了储能领域的快速发展。一维纳米材料，尤其是纳米线材料所具有的高长径比特点使其具有独特的电子离子输运性质，在储能领域的应用中具有极大的潜能。本文以本课题组在纳米线储能材料与器件领域的研究成果为基础，结合国内外同行的前沿研究进展，从纳米线材料的结构设计与合成、纳米线材料在电池中的应用和纳米线微纳器件3个方面进行综述。最后，对于未来进一步探索和发展基于纳米线的电化学储能材料与器件的前景进行展望。     

石墨烯在锂离子电池中的应用进展

石墨烯以高导电性、大比表面积和高强度的物理特性在锂离子电池中展现出极大应用前景。本文详细讨论石墨烯在锂离子电池正、负电极中的应用情况,主要包括作为导电剂、包覆剂和与活性组分复合三个方面,并对相关领域提出展望。     

COFs结构在锂离子电池负极材料中的应用进展

共价有机框架（COFs）材料作为一种继金属有机框架（MOFs）后的新型多孔材料，具有独特的空间结构和可以调控的化学环境，已在储能领域展现出优良的性能和巨大的应用潜力。目前，COFs材料在锂离子电池负极上的应用十分广泛。该文结合了近年来COFs材料及其相关衍生物在锂离子电池负极上的应用，先简单介绍其储锂机制及空间结构；接着，探讨了孔径、厚度、官能团及元素掺杂对COFs材料电化学性能的影响；最后，分析并展望了COFs材料在锂离子电池负极领域的相关挑战和应用前景。     

本期导读

正石墨烯气凝胶是一种在石墨烯基础上开发的多孔纳米材料,其高比表面积、高孔隙率、低密度、低导热系数、强吸附性、良好的热稳定性及结构可控性等特性,使得其在吸附、储能、催化、电化学等领域具有广阔的应用前景。"石墨烯气凝胶的结构控制及其电化学性能"一文通过Hummer法制备了氧化石墨烯,然后采用水热法制备石墨烯气凝胶,对水热条件(氧化石墨烯质量浓度、水热反应时间等)进行了考察;将制备的气凝胶用作锂离子电池的负     

生物质炭材料作为钠离子电池负极材料的研究进展

钠离子电池的问世使硬炭材料成为了当前研究的重点,但高成本和低循环寿命等不足限制了其作为负极材料在钠离子电池中的应用。生物质炭材料作为硬炭材料的一种,凭借其低成本、可再利用等优势,逐步在储钠材料中占据重要地位。为了更好的了解生物质炭材料,本文综述了近年来生物质炭作为钠离子电池负极材料的研究进展,并对其在储能领域的发展提出了展望。     

水系锌离子电池二氧化锰正极的储能特性及机理研究进展

水系锌离子电池在大型储能等领域具有很高的应用价值和发展前景.目前,水系锌离子电池的正极材料研究主要集中在锰基化合物(如二氧化锰、三氧化二锰、三氧化三锰等)、钒基氧化物以及普鲁士蓝类似物等材料.其中,二氧化锰具有电化学性能优良、储量丰富、价格低廉及安全环保等优势,成为当前最受关注的一类正极材料,近年来得到快速发展.但是,在充放电过程中,二氧化锰晶型多变且伴随其他表面反应,其反应机理复杂且存在一定争议.近两年来,随着研究的不断深入,其电化学反应机理逐渐明晰.围绕二氧化锰的晶体结构特点及其作为水系锌离子电池正极的性能,结合最新研究进展重点讨论了不同晶型二氧化锰的储能机理,并对其未来发展趋势进行了展望.