导电高分子在柔性超级电容器中的应用进展

超级电容器作为新一代储能器件拥有很多优势,例如:高的理论比电容值,快速充放电和循环使用寿命长.为了满足可穿戴、便捷性等要求,对柔性超级电容器的研究引发人们的广泛关注.聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩及其衍生物作为常见的三类导电高分子,因其拥有优异的导电性和高的理论比电容值,常被用来作为柔性超级电容器的电极材料.     

碳基柔性电极材料的研究进展

碳材料具有优异的力学性能、导电性能和储能性能,既可以与高分子材料基底复合,也可以直接作为柔性电极的基底材料。本文主要对碳纳米管和石墨烯在碳基柔性电极材料中的研究进展进行了综述,并对其发展趋势进行了展望。     

赝电容的起源和本体相赝电容的实现

因兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命,赝电容材料引领了近年来超级电容器的发展。然而,赝电容材料仍面临着储能机制认知不足、未来发展方向模糊等挑战。本文基于国家自然科学基金重点项目“高能量/高功率电池型超级电容器-离子插层储能的电极材料构筑”的部分研究成果以及最新的文献报道,以典型赝电容材料为纲,简要回顾赝电容材料发展历史、重点讨论赝电容材料的储能机制、指出其储能机制中亟待厘清的问题。并在此基础上,提出赝电容材料未来发展的新思路-本体相赝电容,讨论了实现本体相赝电容的关键着力点和初步策略。     

超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器是一种介于电池和传统电容器的一种新的储能器件,也叫电化学超级电容器。介绍了目前国内外的超级电容器电极材料的研究现状以及展望,如碳材料、金属氧化物、导电聚合物。     

柔性聚苯胺/氮化钛纳米线电极材料的制备与储能性能

利用高导电性的氮化钛纳米线作为聚苯胺的生长基质,有效减少电极材料的电荷传输电阻,提升聚苯胺的超级电容储能性能。以碳纤维作为柔性基底,采用晶种辅助水热结合电化学聚合法制备了柔性聚苯胺/氮化钛纳米线电极材料(PANI/Ti N),电极材料呈现高度有序的同轴核壳纳米线结构,且纳米线之间彼此分离,有利于电解液离子的传输,提升储能性能。电流密度为1 A/g时,比电容为403 F/g;电流密度从0.5 A/g增加到10.0 A/g时,比电容保持率为初始容量的53.4%,电流密度为5 A/g时,循环充放电1 000次后PANI/Ti N的电容保持率为79.1%,与PANI相比均有较大提升,表明PANI/Ti N具有较好的电化学储能性质。以PANI/Ti N电极材料为电极构建柔性全固态对称型超级电容器(PANI/Ti N//PANI/Ti N)考察其应用性。PANI/Ti N//PANI/Ti N柔性超级电容器在电流密度为1 A/g时,比电容可达100.2 F/g,且在不同角度弯曲后比电容无明显衰减。当功率密度为500 W/kg时,能量密度可达50.1 W·h/kg,且1个单元的该超级电容器可驱动红色...     

生物质衍生碳材料在超级电容器中的应用

能源和环境问题是人类可持续发展的关键问题,超级电容器作为一种新型的储能设备备受关注。碳材料作为超级电容器的电极材料,因具有良好的导电性、较大的比表面积及高稳定性被广泛应用。其中,以生物质作为前驱体制备所得的碳材料具有具有成本较低、来源广泛、形式多样等特点,同时此类材料表面常含有大量杂原子基团,大大提升了其相应的电容性能,因此受到了人们的广泛关注。本文介绍了部分以生物质为前驱体制备碳材料及其电容性能研究的工作。     

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。     

导电聚合物复合材料作为超级电容器电极材料

本文综述了基于导电聚合物的复合材料(导电聚合物/碳材料、导电聚合物/金属氧化物材料、导电聚合物/碳材料l金属氧化物材料)作为电极材料在超级电容器中的应用进展,指出将导电聚合物与碳材料或金属氧化物复合,双电层电容与法拉第准电容结合,有机材料与无机材料结合,是超级电容器电极材料研究的重要发展方向.     

石墨烯在超级电容器电极材料中的应用

石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物理性质,如高电导率、高比表面积等,是目前最具潜力的超级电容器的电极材料之一。本文综述了石墨烯作为超级电容器电极材料的研究进展,包括石墨烯的改性与结构设计、石墨烯与赝电容电极材料复合(如金属氧化物和导电聚合物)、石墨烯与其他炭材料复合等。并对石墨烯应用到超级电容器电极材料中存在的问题展开了讨论。     

锰基氧化物与碳复合材料超级电容器研究进展

超级电容器作为一种环保的新型储能装置,具有超高的功率密度,循环寿命长、工作温度区间大、经济环保等优势。MnO_2作为常见的过渡金属氧化物,具有超高的理论电容、化学稳定性强、成本低、经济环保等特点,经常用作非对称超级电容的电极极材料。将MnO_2与导电性能好的碳基材料组成,可以构建比容量大和循环稳定性强的复合材料。综述了近年来MnO_2-碳复合材料在超级电容器中的研究发展,总结了MnO_2-碳基超级电容器面临的挑战和未来发展趋势。     

CNTs基柔性和可拉伸超级电容器的研究进展

从超级电容器的储能机理和柔性电子的研究出发,综述了基于碳纳米管(CNTs)及其复合材料的柔性和可拉伸超级电容器的研究现状。总结了近年来在开发柔性和可拉伸超级电容器领域中对CNTs直接电极材料,CNTs与过渡金属氧化物或导电聚合物复合电极材料,CNTs与石墨烯复合电极材料研究的进展。     

纤维基柔性超级电容器研究进展

介绍了纤维基柔性超级电容器工作原理;详述了不同类型纤维基柔性超级电容器的构成、性能和特点;并展望了纤维基柔性超级电容器未来的研究方向和趋势。根据组装方式的不同,纤维基超级电容器主要可分为并列型、扭转型、缠绕型、同轴型和轧制型。并列型纤维基超级电容器制备简便,但能量存储性能受到限制,兼容性差;扭转型和缠绕型纤维基超级电容器具有较高电极间离子交换效率,操作简便,耐久性相对较差;同轴型纤维基超级电容器制备过程相对复杂,具有较高的电容性能和结构强度;轧制型纤维基超级电容器制备简便,能够提高组装器件的储能性能,但对于制备材料的要求较高。相比其他类型超级电容器,同轴型纤维基超级电容器具有更高的比容量和电化学性能,与织物的结合能力更加优异,将成为制备柔性储能器件和智能纺织品的主要纤维基超级电容器。     

基于导电聚合物柔性超级电容器电极材料的研究进展

柔性超级电容器具有灵活性高、充放电速度快、功率密度大、绿色环保、安全性高、成本低等优越性能,在可穿戴电子设备领域具有重要的应用价值。纯导电聚合物电极材料的循环稳定性和电化学性能有限,而导电聚合物复合其他导电材料形成的复合电极能改善其循环稳定性和电化学性能。根据近年来不同导电聚合物基柔性超级电容器电极材料的研究进展,介绍了以导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩)基复合材料作为柔性超级电容器电极材料的制备及其性能研究。     

石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的研究进展

非对称超级电容器(ASCs)因电化学性能更为优异而成为近几年来的研究热点,石墨烯作为一种新颖的二维碳材料,具有比表面积大、导电性高、力学性能好和化学稳定性优异等优点,是非对称超级电容器复合电极的一类理想载体材料。本文综述了近几年来石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的应用状况,认为比表面积更大、导电性更好的石墨烯将会促进石墨烯基复合电极在超级电容器中的应用与发展,也会提高石墨烯基非对称超级电容器的性能。指出将金属氧化物、导电聚合物、金属氢氧化物以及金属硫化物纳米化,使之兼具大的有效面积、丰富的氧化还原活性位点等特点,从而提高复合材料的比电容,是石墨烯基复合电极的研究重点。     

柔性传感多孔碳泡沫复合材料的制备及性能

为改善碳泡沫复合材料的性能，以低成本、短周期的一步碳化法制备了兼具柔性传感与超级电容器特性的三聚氰胺源多孔碳泡沫复合材料，研究了热处理温度对碳泡沫复合材料性能的影响。结果表明：碳泡沫复合材料为三维多孔网状结构，碳骨架在节点处部分呈凹形纤维状；经800℃热处理得到的碳泡沫复合材料比电容较大，为223.9 F/g，满足赝电容器电极材料的要求；经650℃以上热处理制备的碳泡沫复合材料灵敏度较好，将其作为压阻式传感器，可快速响应并精确分辨0.196～9.800kPa内的外部载荷。研究表明，制备的碳泡沫复合材料可以很好地应用于压应力传感器与超级电容器。     

Ni(OH)2与不同碳质材料复合制备超级电容器电极材料研究进展

超级电容器具有功率密度大、寿命长、生产成本低等优点,被认为是最有发展前途的储能系统之一。然而,超级电容器的低能量密度阻碍了其实际应用。由于存储的能量与CV2成正比,可以通过增加材料的电容"C"或操作电压窗口"V"或两者同时增加来提高超级电容器的能量密度。然而具有宽电位窗口的有机电解质离子往往电导率差,成本高,容易引起环境问题。因此为改善能量密度,应采用高比电容的电极材料,故而设计出具有高比电容的适合电极材料就成为研究热点。Ni(OH)2作为超级电容器电极材料,具有理论容量大、成本低、天然丰富、易于合成等优点,近年来备受关注。但由于Ni(OH)2导电率低、比表面积小,其容量劣化严重。碳质材料作为双电层超级电容器的电极材料,其能量存储机制取决于电极表面的电解质离子吸附和解离,具有导电率好、原料丰富、成本较低、电化学稳定性高等优点而应用广泛。因此,有必要将高导电碳质材料引入Ni(OH)2组成复合材料以提高电容性能。笔者综述了Ni(OH)2基材料的合成方法,特别是与碳质材料复合来提高Ni(OH)2基材料的循环稳定性和倍率性能方面的研究新进展。     

EES:构建类金刚石键的氮掺杂石墨烯,实现前所未有的高功率能量密度

超级电容器是一种具有充放电速度快、循环寿命超长的储能设备,但是能量密度很低。在众多超级电容器材料中,碳材料由于显著的环境优势和可持续性受到广泛关注。对碳材料的研究重点多为创造高比表面积并已取得了很好的效果,但为了获得更高的能量密度,提升活性物质的质量密度也是重要方式。此外,以往研究中利用石墨烯相关结构的开放框架结构已经开发出了能量为110 W h/L、功率为1 kW/L的超级电容器。然而这在能量密度方面仍然与电池具有差距,需要进一步研究并开发更高性能的碳基材料。     

生物质基柔性超级电容器研究进展

随着可穿戴设备的发展及公众环保意识的提升,开发高性能兼绿色经济型的柔性电化学储能器件已成为研究热点。以生物质为前驱体制备性能优异的储能材料,可以显著降低生产成本,实现碳资源的可持续利用,具有极大的发展潜力和实际应用价值。该文介绍了柔性超级电容器的电极材料、柔性隔膜和各种组装方式,分析了木基、纤维素凝胶基、纸基以及生物质废料电极材料的特点和优势,阐述了生物质基柔性隔膜研究现状,包括纤维素纸隔膜和生物隔膜;此外,介绍了叠层型（三明治型）、叉指型（微型叉指化）、纤维型（线型）柔性超级电容器,并对比了不同组装方式的柔性超级电容器在性能上的差异;最后分析了生物质材料用于柔性超级电容器面临的挑战,对柔性器件未来发展方向进行了展望。     

面向柔性超级电容器的功能水凝胶材料的研究进展

功能水凝胶作为一种三维高分子网络结构的软湿材料,具有可灵活调控的功能特性,为设计和构建高性能柔性超级电容器提供了理想的材料。本文综述了近年来面向柔性超级电容器领域的功能水凝胶材料的研究进展,重点分类介绍了面向电化学双层电容器和赝电容器的功能水凝胶材料的设计构建和性能强化。探讨了通过水凝胶电解质及电极材料的组成结构设计和性能调控来提升超级电容器的电化学性能和力学性能的策略。同时,探讨了水凝胶电解质及电极材料的组成结构设计和性能调控在实现其自愈合、高耐寒等多样化功能特性方面的重要作用。最后,对功能水凝胶材料柔性超级电容器在高储能、高柔性、高保水、自愈合、高耐寒、绿色可降解等方面的未来发展进行了展望。     

一种生物炭基柔性固态超级电容器的制备及性能研究

利用固体农业废弃物玉米秸秆作为原料,经高温煅烧,KOH刻蚀获得具有较大比表面积的多孔生物炭材料,并采用粉末X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)以及比表面积和孔径分析仪(BET)等表征手段,研究其物理、化学结构和微观形貌。结果表明,所制备的生物炭材料具有发达的“微孔-中孔-大孔”三维贯通多级孔道结构,比表面积高达1228 m2·g^-1。将其作为电极材料,与H₂SO₄/PVA凝胶电解质可组装成为具有柔性的全固态超级电容器。利用循环伏安测试(CV)、恒电流充放电(GCD)以及交流阻抗测试(EIS)对柔性超级电容器电化学性能进行了测试。在电流密度为1.0 A·g^-1的条件下,其比容量可达125 F·g^-1。该器件具有良好的机械柔性和电化学稳定性,将其从0°弯曲至180°的过程中,比电容保持率约为93.5%;以不同弯曲角度将其连续弯折100次后,仍能保持较高的比电容。此外,在弯折角度180°、充放电电流密度为5.0 A·g^-1 的条件下经过500次循环充放电后,比电容值保持率约为95.6%,库仑效率约为94.9%。说明所制备的柔性超级电容器具有优异的充放电性能和长效循环稳定性。作为一种柔性、质轻、便携的储能装置,在可穿戴电子器件领域内具有潜在应用价值。同时该方法也为固体农业废弃物玉米秸秆的高附加值转化利用和新型绿色能源器件创新研制提供了新的技术途径。