以预锂化多壁碳纳米管为负极的锂离子电容器性能

采用内部短路方式对多壁碳纳米管负极进行不同程度的预嵌锂处理,预嵌锂时间为5,30,60min,以预嵌锂多壁碳纳米管极片作为负极,活性炭极片作为正极,组装成锂离子电容器。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对多壁碳纳米管及电极极片进行表征分析,采用恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究预嵌锂多壁碳纳米管负极和未预嵌锂处理多壁碳纳米管负极锂离子电容器的性能。电化学测试结果表明,多壁碳纳米管负极预嵌锂大幅提高了电容器充放电性能,对比未嵌锂多壁碳纳米管电容器,在相同的电流密度下(100mA/g),能量密度提高400%。预嵌锂60min,电流密度100mA/g时,其比容量达到57F/g。在电流密度为100～3200mA/g范围内,其最高能量密度与功率密度分别达到90Wh/kg,4130W/kg。1000次充放电循环后,容量保持率维持在85%以上,表现出良好的超级电容器性能。     

AC+Li（NiCoMn）O2/Li4Ti5O12+MWCNTs混合型电容器EI北大核心CSCD

以钛酸锂(Li 4Ti 5O 12)/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料为负极、活性炭(AC)/镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O 2)复合材料为正极,组装成混合型电容器并研究其电化学性能。利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射仪(XRD),拉曼光谱仪(Raman),热重分析仪(TGA)对电极材料进行分析,通过恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究混合型电容器的电化学性能。结果表明:掺杂适量MWCNTs和镍钴锰酸锂可提高电容器的电化学性能。当MWCNTs质量分数为5%时,在电流密度为0.1 A/g下恒流充放电时比容量达161.5 mAh/g。在0.1~1 A/g时,最大功率密度和最大能量密度分别为993.2 W/kg和52.2 Wh/kg。5000周次恒流充放电循环后,容量保持率在92.2%左右,库仑效率仍有99.1%,展现出较高的能量密度和功率密度,并具有优异的循环性能。     

锂离子电容器预锂化技术评述

当前新能源材料的发展日新月异,锂离子电容器作为一种新型电化学储能技术越来越受到关注,预锂化技术是锂离子电容器的核心技术,直接决定了锂离子电容器的电化学性能,本文从预锂化材料入手介绍了当前比较热门的锂离子电容器预锂化工艺,并简单分析了未来预锂化技术的发展方向.     

Co-Fe普鲁士蓝/多壁碳纳米管复合材料的超电容性能

Co-Fe普鲁士蓝(CoPBA)是目前被广泛研究的超级电容器正极材料,其比电容高循环性能好,但低导电性和较差的倍率性能限制了其在超级电容器中的应用。为了提高CoPBA的导电性和电化学性能,本文以Co-glycerate为前驱体,采用牺牲模板法制备了Co-Fe普鲁士蓝/多壁碳纳米管(CoPBA/MWCNT)复合材料,利用XRD、SEM和FTIR等对复合材料的结构和形貌进行表征,使用电化学工作站在三电极体系和非对称超级电容器中测定了复合材料的电化学性能。实验结果表明：采用牺牲模板法成功合成出形貌较好的球状复合材料,以中性溶液Na₂SO₄为电解液,测得在1 A/g的电流密度下复合材料的质量比电容达到391.5 F/g。在10 A/g的高电流密度下比电容达到312.6 F/g,为1 A/g时的79.8%。利用软件模拟得出电荷转移电阻由3.9Ω降低到1.1Ω。以CoPBA/MWCNT为正极,以活性炭为负极制成非对称电容器,在功率密度为1 092 W/kg时能量密度可达39.5 Wh/kg, 5 000次循环后容量保持率为85.2%。采用牺牲模板法制备的...     

具有高倍率性能的还原氧化石墨烯包覆MnO微球负极用于锂离子电容器（英文）

发展一种具有优异脱/嵌锂能力且存在稳定放电平台的负极材料是解决锂离子电容器(LICs)负极动力学性能较差以及提升循环稳定性的关键。本文通过溶剂热和热处理制备了一种还原氧化石墨烯(rGO)包覆MnO微球(～2μm)的复合材料(MnO/rGO)。电化学测试表明,MnO/rGO材料表现出较好的循环稳定性(在0.1 A g~(-1)的电流密度下循环110圈后比容量为846 mAh g~(-1))和良好的倍率性能(在6.2 A g~(-1)时比容量为207 mAh g~(-1))。通过对锂离子存储的动力学行为进行分析,表明赝电容性贡献对容量存储起主要作用。以MnO/rGO为阳极,活性炭(AC)为阴极组装的MnO/rGO//AC LICs,在10 350 W kg~(-1)的功率密度下,具有98 Wh kg~(-1)的高能量密度,并且在1.6 A g~(-1)的电流密度下循环5 000圈后容量保持率为71%。     

碳纳米管/纤维素复合纸为电极的超级电容器性能

采用化学气相沉积法合成晶须状碳纳米管(WMWCNTs)和碳纳米管(MWCNTs)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)对其进行详细分析。以纸纤维为基体材料,晶须状碳纳米管和碳纳米管为功能材料,通过真空抽滤制得碳(WMWCNTs)/碳(MWCNTs)/纤维素复合纸。采用两电极测试体系,通过循环伏安及恒流充放电方法对其超级电容器性能进行测试。在扫描速率为1mV/s时,碳/碳/纤维素复合纸电极的比容量达到120F/g。在电流密度为0.4A/g时,碳/碳/纤维素复合纸电极比容量值可达51.5F/g。在电流密度为0.4~1.4A/g范围时,最大比能量和比功率分别为63.7Wh/kg和3.99kW/kg,表现出良好的超级电容器性能。     

三维石墨烯纳米球的制备及其在锂离子电池中的应用

采用直流电弧放电法制备出一种三维石墨烯纳米球材料。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱和X射线衍射光谱(XRD)等测试方法对三维石墨烯纳米球的形貌和结构进行了表征和研究。通过交流阻抗(EIS)、恒流充放电和循环稳定性测试等电化学测试手段来研究三维石墨烯纳米球作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明, 在电流密度为0.05 A/g下, 三维石墨烯纳米球作为锂离子电池负极材料的首次放电容量为485.9 mAh/g, 高于炭黑作负极的放电容量(401 mAh/g); 当电流密度为1 A/g时, 三维石墨烯纳米球负极材料仍然具有185.4 mAh/g的放电容量。在电流密度分别为0.5 A/g和2.5 A/g下, 充放电循环100次以后, 三维石墨烯纳米球的比容量几乎没有衰减, 这表明三维石墨烯纳米球作为锂离子电池的负极材料比炭黑具有更大的容量, 同时具有优异的循环稳定性。     

二硫化钼用作不对称型电化学电容器的负极材料

利用二硫化钼(MoS₂)在较低电势范围内可逆储锂的现象, 采用二硫化钼作为负极材料,和活性炭(AC)正极材料配伍, 组装成混合型电化学电容器, 在锂基有机系电解液中其电压可高达3.4 V。使用XRD和SEM等测试手段对负极材料的物性进行了表征,探讨了负极材料的储能机理, 并考察了正负极质量比对负极储锂容量的影响。电化学性能测试结果显示电容器具有较高能量密度和功率密度, 分别达到28.7 Wh/kg和1203.4 W/kg, 电容器也表现出较好的循环稳定性, 在0.4 A/g电流密度下, 经1000次循环后容量保持率高达76.6%。     

MSb2型金属化合物作为锂离子电池负极材料的研究

采用真空悬浮熔炼与高能球磨制了MSb2(M-Co和Fe)型合金粉末,利用恒电流电池测试仪研究了其电化学性能,研究发现CoSb2和FeSb2电极的嵌／脱锂平台在0．8和1．0V左右,在20mA/g电流密度下的首次嵌锂反应的可逆容量为430mAh/g,电流密度为100mA/g条件下,CoSb2首次嵌锂反应的可逆容量为380mAh/g,FeSb2首次嵌锂反应的可塑容量340mAh/g,,所以,MSb2型金属锑化物可以作为锂离子电池极材料的假选材料。     

聚吡咯/磷酸亚铁锂复合正极材料的电化学性能

通过化学氧化聚合方法制备了聚吡咯/磷酸亚铁锂(PPY/LiFePO4)复合材料,以此作为锂离子电池的正极活性物质,进行恒流充放电、循环伏安和交流阻抗测试。实验结果表明,PPY/LiFePO4复合材料具有较好的电化学性能,以0.2C放电时放电比容量可达150.8 mAh/g,20次循环之后容量为初始容量的92.5%,循环性能良好。     

碳纳米管纸/纳米硅复合电极的锂离子电池性能

采用纳米硅和多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料作为活性材料,以纸纤维为基体,MWCNTs为导电剂制得的MWCNTs导电纸代替铜箔集流体应用于硅基锂离子电池。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、恒流放电测试、电化学阻抗对复合材料的形貌和电化学性能进行分析。结果表明,采用MWCNTs导电纸-纳米硅复合的锂离子电池在80mA/g的电流密度下,循环50次后比容量达到约1000mAh/g,在2000mA/g大电流密度下仍保持好的循环稳定性。     

锌离子电容器正极材料研究进展

作为新型储能设备,水系锌离子电容器具有高功率密度、大能量密度、长循环寿命和高安全性等优异性能,在民用电子设备和军用电气化武器装备领域具有极高的应用前景,有望成为代替锂离子电池的新一代储能方案。本文系统梳理了活性炭正极材料、碳纳米管正极材料、石墨烯正极材料和生物质碳正极材料等碳基正极材料的储锌能力,总结了MXene正极材料在锌离子电容器领域的研究进展,归纳了过渡金属氧化物正极材料的锌离子储存性能,指出开发高容量、耐高压、耐低温正极材料的必要性与紧迫性。     

基于海藻酸钠交联的NiO/C复合材料制备及其储锂性能

NiO作为过渡金属氧化物代表,具有能量密度较高、成本低的优点,在锂离子电池负极材料的应用中引起了广泛关注。通过海藻酸钠与金属离子的自主交联反应,以及碳化、氧化过程,制备了低成本的多孔纳米NiO/C复合材料。得到的复合材料中,NiO纳米颗粒分散均匀且被石墨化碳层包覆,并嵌入多孔相互连通的碳基体中,在提升复合材料整体导电性的同时抑制了活性材料在电化学反应中的体积膨胀。将其用作锂离子电池负极材料时,NiO/C复合材料在0.1,1 A/g的电流密度下分别具有608.2,307.2 mAh/g的比容量,并且在0.1 A/g电流密度下经过100圈循环后仍保持448 mAh/g的比容量,显示出优良的循环稳定性。优良的电化学性能充分显示出NiO/C复合材料在锂离子电池负极材料中的应用潜能。     

SnO2-Fe2O3复合材料应用于碳纳米管集流体对锂离子电池性能的影响

水热合成法制备纳米SnO₂-Fe₂O₃复合材料,以SnO₂-Fe₂O₃为活性物质,多壁碳纳米管（MWCNTs）导电纸代替传统铜箔作为负极集流体制作锂离子电池。采用XRD、SEM进行表征,结果显示,SnO₂-Fe₂O₃均匀嵌入到MWCNTs构建的三维导电网络的空隙中。电化学测试结果表明,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸作为负极电极能够显著提高锂离子电池的循坏和倍率性能。在100 mA/g电流密度下循环30次,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸电池比容量达到1 088 mAh/g,而在200 mA/g电流密度下循环200次后,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸比容量能稳定保持在898 mAh/g,表现出良好的循环性能,逐渐增大充放电电流,电池的比容量有所下降但其库伦效率仍然保持在96%以上,而在高倍率（1 600 mA/g）下进行充放电时,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸比容量仍然能够保持在547 mAh/g,之后再将电流密度降到100 mA/g,比容量重新回到1 000 mAh/g,SnO₂-Fe₂O₃/MWCNTs导电纸表现出十分优异的电化学性能。      

Nitrogen-doped multiwall carbon nanotubes for lithium storage with extremely high capacity

The increasing demands on high performance energy storage systems have raised a new class of devices, so-called lithium ion capacitors (LICs). As its name says, LIC is an intermediate system between lithium ion batteries and supercapacitors, designed for taking advantages of both types of energy storage systems. Herein, as a quest to improve the Li storage capability compared to that of other existing carbon nanomaterials, we have developed extrinsically defective multiwall carbon nanotubes by nitrogen-doping. Nitrogen-doped carbon nanotubes contain wall defects through which lithium ions can diffuse so as to occupy a large portion of the interwall space as storage regions. Furthermore, when integrated with 3 nm nickel oxide nanoparticles for a further capacity boost, nitrogen doping enables unprecedented cell performance by engaging anomalous electrochemical phenomena such as nanoparticles division into even smaller ones, their agglomeration-free diffusion between nitrogen-doped sites as well as capacity rise with cycles. The final cells exhibit a capacity as high as 3500 mAh/g, a cycle life of greater than 10,000 times, and a discharge rate capability of 1.5 min while retaining a capacity of 350 mAh/g.     

氟化多壁碳纳米管作正极对锂/氟电池性能的影响

通过对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行氟化改性,获得氟碳原子比分别为0.28(CF0.28),0.56(CF0.56),0.78(CF0.78)的氟化多壁碳纳米管。将氟化多壁碳纳米管作正极活性物质涂覆于铝箔,金属锂片为对极,组装成锂/氟化多壁碳纳米管(Li/CFx)一次纽扣电池。采用热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)进行结构和性能表征,通过恒流放电检测电池的电化学性能。结果表明:活性物质为CF0.78的正极电极的电化学性能最佳,在电流密度为39mA/g时放电比容量达724mAh/g,同时出现了稳定的放电平台。在0.05C放电倍率时,3种电极的活性物质利用率分别达到73.4%,89.6%,92.9%。相比0.05C,2C放电倍率下的放电比容量衰减率分别为68.8%,34.1%,39.6%,表明提高氟化程度,能够降低放电比容量衰减率,虽CF0.78相对CF0.56的放电化容量衰减率有所上升,但在相同放电倍率时,其放电曲线稳定性是最好的。     

Materials for electrochemical capacitors

Electrochemical capacitors, also called supercapacitors, store energy using either ion adsorption (electrochemical double layer capacitors) or fast surface redox reactions (pseudo-capacitors). They can complement or replace batteries in electrical energy storage and harvesting applications, when high power delivery or uptake is needed. A notable improvement in performance has been achieved through recent advances in understanding charge storage mechanisms and the development of advanced nanostructured materials. The discovery that ion desolvation occurs in pores smaller than the solvated ions has led to higher capacitance for electrochemical double layer capacitors using carbon electrodes with subnanometre pores, and opened the door to designing high-energy density devices using a variety of electrolytes. Combination of pseudo-capacitive nanomaterials, including oxides, nitrides and polymers, with the latest generation of nanostructured lithium electrodes has brought the energy density of electrochemical capacitors closer to that of batteries. The use of carbon nanotubes has further advanced micro-electrochemical capacitors, enabling flexible and adaptable devices to be made. Mathematical modelling and simulation will be the key to success in designing tomorrow's high-energy and high-power devices.