MXenes胶体氧化的调控策略及其对超级电容器性能的影响

超级电容器作为能量存储器件,因具有较快的充放电速率、较高的功率密度和长的循环寿命等特点被广泛研究。MXenes因具有高电导率、高电化学活性、易成膜和亲水性等特点而被广泛应用在超级电容器领域,并展示了出色的储能性能。然而其面临着环境敏感、易氧化降解等严峻挑战,生成几乎没有电容量贡献的Ti O₂等产物,严重阻碍了MXenes基超级电容器的发展。探索MXenes胶体稳定性的优化策略,并实现其稳定性的选择性调控,对提升MXenes在超级电容器及其他不同应用场合的性能具有重要的现实意义。为此本文简要总结了抑制MXenes氧化的策略,提出了稳定性选择性调控的总体方案,探讨了选择性调控对超级电容器性能的影响机制,为制备高性能MXenes基超级电容器提供思路。     

Research progress of the electrode materials for electrochemical capacitors

超级电容器是一种利用界面双电层储能或在电极材料表面及近表面发生快速可逆氧化还原反应而储能的装置,因其高比功率和长循环寿命等特点而具有广阔的应用前景,高性能电极材料是当前超级电容器研究的重点.本文简单介绍了超级电容器电极材料的分类,并对碳素材料,过渡金属氧化物,导电聚合物等三类超级电容器电极材料及其复合材料的研究进展进行了简单论述.     

PEO/PS/PMMA聚合物电解质膜的制备及性能研究

聚合物电解质是解决锂离子电池安全性问题的有效途径之一。考察了由聚环氧乙烷(PEO)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙二醇(PEG)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)组成的固体聚合物电解质膜的性能。采用聚合物共混技术制备了一系列复合聚合物电解质膜,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对膜的形态和晶体结构进行了分析,并详细考察了离子电导率、孔隙率和吸液率等性能。PS和PMMA的加入降低了PEO的结晶度,提高了它的拉伸强度。结果表明,当PEO/PS/PMMA膜中各组成质量比为75:10:15时,聚合物电解质膜具有优良的性能,膜的离子电导率为3.56×10^-4S·cm^-1,拉伸强度为11.56MPa,孔隙率达到57.6%,吸液率高达164.3%。     

可拉伸全固态超级电容器的研究进展

随着制造技术的飞速发展,便携式电子设备正朝着可拉伸化、轻质化、微型化及智能化方向发展,能够拉伸、弯曲、折叠的可拉伸电子设备应运而生.与普通的超级电容器不同,可拉伸全固态超级电容器具有更强的抗变形能力,因在穿戴以及医疗等领域的潜在应用而受到广泛关注.本文通过对近期相关文献的讨论,综述了可拉伸全固态超级电容器的研究与发展现...     

Progress reports and prospect of stretchable electrochemical energy storage devices

随着人类社会的进步,人们对可穿戴电子设备的需求日益增强,其中电子皮肤、可植入传感器等新型便携式器件也对储能单元的可拉伸性提出了越来越高的要求。本综述介绍了制备可拉伸式锂离子电池或超级电容器的策略,并对其进行了简单评述;在此基础上概括地介绍了可拉伸式电化学储能器件中常用的电解质及其优缺点,以及可拉伸式储能器件的集成方案。最后,针对性地总结可拉伸储能器件制备过程中仍面临的挑战与未来可能的发展方向。     

Advances in supercapacitors: From electrodes materials to energy storage devices

随着绿色储能器件的快速发展,超级电容器作为兼具高比能量与高比功率的优点,在储能领域具有重要发展潜力的新型储能器件,本综述从超级电容器的电极材料出发,详细概括了超级电容器电极材料的发展,包括双电层电容材料、赝电容材料以及双电层/赝电容复合材料;在此基础上,基于固态电解质,深入讨论了近年来全固态超级电容器的典型构型,针对性地总结了提高储能器件储能容量的关键问题。最后,基于电极材料与电解液的研究焦点,对超级电容器的研究提出了未来发展方向。     

Progress in carbon fibers based flexible electrodes for supercapacitors

目前，环境友好的清洁能源的开发和设计是能源领域的研究重点。超级电容器是一种新型的储能器件，具有快速充放电的特点，在储能领域有很好的应用潜力。但是能量密度的不足，在一定程度上限制超级电容器的发展。另一方面，柔性电子器件的兴起要求储能器件必须也具备柔性的特质。因此，如何开发一个高能量密度，又同时保有高功率密度、长循环寿命特性的柔性超级电容器是研究人员致力解决的问题。目前常用的方法是将具有高理论比电容的赝电容材料和碳纤维柔性基底结合。本文结合本课题组在碳纤维基柔性超级电容器方面的探索，简单介绍超级电容器的存储机理和系统分类，综述了碳纤维基柔性超级电容器的研究情况和相应的柔性电极的制备方法。最后，讨论了碳纤维基柔性超级电容器在实际应用中的相关前景和挑战。     

高功率化学电源体系发展及军事应用分析

在全面电动化的背景下,各类电子产品应用的时空域快速转变对所配备的电池供电能力提出了更为苛刻的工况和环境适应要求,亟待发展充电时间短、小体积大电流输出的电源系统。本综述对近年来受到广泛关注的高功率化学电源体系在大倍率充放电领域的进展进行了梳理,包括锂离子电池、钠离子电池、赝电容电容器、离子型电容器（锂/钠/钾离子等）、铅炭电池等,分别从电极材料、电解质调控和电池结构等角度出发,重点分析了当前影响各电源体系在其功率性能方面的发展瓶颈、能力水平以及亟待突破的关键技术,并对其在低温启动、动力供电和脉冲响应等军事应用领域及所增益效能进行了分析研究。综合分析表明,针对不同的应用场景,为进一步遴选性能更好、更匹配的化学电源体系服务于装备的迭代升级和应用创新,通过构筑高稳定性和导电性的电极材料,宽温域、高电导率的电解质材料和改良电池结构从而减小内阻的途径,显著提升功率性能,并明确提出高功率电池存在最佳工作区间和最优工作策略的问题,尤其是在大电流充放电和脉冲工况下,这对于后续如何根据实际工况用好电池具有借鉴意义。有望在提升各化学电源体系的功率性能的同时,以最佳的系统管控方法和应用策略进一步提升电池的循环...     

全固态聚合物锂电池的科研进展、挑战与展望CSCD

锂离子电池已经广泛地应用于国民经济的诸多方面。然而,随着消费电子产品和电动汽车对锂离子电池能量密度和安全性能要求的不断提升,开发兼顾两者性能的高性能锂离子电池迫在眉睫。基于传统液态有机碳酸酯类电解液的锂离子电池存在电解液泄漏、挥发、燃烧、爆炸等潜在安全隐患。相对于无机全固态锂电池而言,全固态聚合物锂电池更容易大规模制造,是实现锂电池高能量密度和高安全性的相对理想的解决方案。作为全固态聚合物锂电池的最核心部件,全固态聚合物电解质起着至关重要的作用。基于此,本文重点论述了聚环氧乙烷、聚硅氧烷、脂肪族聚碳酸酯等几种典型全固态聚合物电解质的科研进展。与此同时,还对近几年国内外知名公司企业以及科研院所在全固态聚合物锂电池方面的技术应用现状和专利布局进行了系统分析。文末还对全固态聚合物锂电池用高性能全固态聚合物电解质的设计制备、新型锂盐开发、正极材料黏结剂、负极优化、界面构筑调控、制备成型工艺等方面面临的主要挑战和发展趋势进行了阐述。     

超级电容器国内外应用现状研究

近年来超级电容器因功率密度高、充电时间短、使用寿命长等优点,逐渐成为工业、交通以及能源行业等众多领域的热门储能器件。对超级电容器的原理、类别及特点进行简要介绍,并详细介绍了国内外超级电容器产业的发展和应用现状。对超级电容器在应用中存在的问题进行了简要分析。     

Research progress of metal oxides as anode materials for lithium ion capacitors

锂离子电容器是一种介于超级电容器和锂离子电池之间的新型储能器件,具有高能量密度、高功率密度以及长循环寿命等优点,在电动汽车、轨道交通、智能电网、可移动电子设备等领域具有非常广泛的应用前景。金属氧化物具有脱/嵌锂能力优异,理论比容量普遍较高,而且自然资源丰富、环境友好的优点,是一类理想的锂离子电容器负极材料,但电子导电率不高,脱/嵌锂过程中不可逆体积畸变较大,影响了其商业化的应用。本文综述了金属氧化物负极材料的制备方法,并分析了其作为锂离子电容器负极材料的电化学性能与优缺点,最后展望了金属氧化物负极材料未来的发展方向。     

有机物辅助的硫化物电解质基固态电池

固态电池利用固态电解质替换电解液,为电池的发展提供了高能量密度和高安全性的保障,其中硫化物固态电解质因其高离子电导率等优势受到了广泛关注。然而使用硫化物固态电解质还会面临电极/电解质接触较差、与电极发生界面副反应、空气稳定性差的问题,往往需要与一些有机物配合以改善电池性能,例如有机溶剂、有机电解液或聚合物。本文综述了不同种类有机物对硫化物固态电解质的辅助作用,首先回顾了基于硫化物固态电解质的准固态电池发展现状,分别从正极、电解质、负极及相互界面处添加电解液或溶液的角度,阐述了液体添加对准固态电池产生的界面浸润、构筑保护层等增益作用;其次介绍了聚合物/硫化物复合固态电解质的湿法和干法制备,对比了极性和非极性聚合物黏结剂在制备工艺上的差异,着重分析了有机组分的添加对复合电解质离子电导率等性能的影响;阐述了通过溶液法对复合正极内部界面的改善方法,并补充介绍了薄片状(Sheet-type)电极的制备工艺与发展前景;最后总结了目前有机组分在与硫化物固态电解质配合时面临的难点,展望了未来研究工作的发展方向,为组装高性能硫化物基固态电池提供思路。     

Review of selected 100 recent papers for supercapacitors（Mar. 1，2016 to Sep. 30，2016）

该文是一篇近七个月的超级电容器文献评述,我们以“supercapacitor”为关键词检索了Web of Science从2016年3月1日至2016年9月30日上线的超级电容器研究论文,共有997篇,选取了其中100篇加以评论。双电层超级电容器主要研究了新型多孔碳材料、石墨烯等材料可控制备对其性能的影响。赝电容超级电容器的研究主要集中在金属氧化物复合材料、导电聚合物复合材料、杂质原子掺杂碳材料和新型赝电容材料等四个方面。混合型超级电容器包括水系混合型超级电容器和有机系混合型超级电容器两个方面的研究。     

Review of selected 100 recent papers for supercapacitors（Nov. 1, 2015 to Feb. 29, 2016）

该文是一篇近四个月的超级电容器文献评述,我们以“supercapacitor”为关键词检索了Web of Science从2015年11月1日至2016年2月29日上线的超级电容器研究论文,共有830篇,选取了其中100篇加以评论。双电层超级电容器主要研究了新型多孔碳材料、石墨烯等材料可控制备对其性能的影响。赝电容超级电容器的研究主要集中在金属氧化物复合材料、导电聚合物复合材料、杂质原子掺杂碳材料和新型赝电容材料等4个方面。混合型超级电容器包括水系混合型超级电容器和有机系混合型超级电容器两个方面的研究。     

Preparation and research for Li4Ti5O12/AC-based hybrid supercapacitors

尖晶石型Li4Ti5O12因其长循环寿命、高功率以及宽工作温度特性,现已成为新一代超级电容器的重点发展方向。本工作分别选用商品化活性炭、钛酸锂为正、负电极材料,通过“Z型”叠片方式组装成容量达30000 F、内阻值小于0.5 mΩ的混合型超级电容器。考察了不同导电剂添加量、不同正负电极平衡比、单体高低温与安全性能测试情况。结果表明,导电剂含量为8%（质量分数）、正负电极质量比为2.23～2.82时,混合型超级电容器具有30000 F以上的容量和稳定的循环寿命,同时单体内阻能够恒定在0.5 mΩ以下。此外,该混合型超级电容器具有良好的高低温与安全性能,是一种具有广阔应用前景的储能器件。     

Review of selected 100 recent papers for supercapacitors（Jul. 1，2017 to Dec. 15，2017）

该文是一篇近5个月的超级电容器文献评述,我们以“supercapacitor”为关键词检索了Web of Science从2017年7月1日至2017年12月15日上线的超级电容器研究论文,共1400余篇,选取了其中100篇加以评论。双电层超级电容器主要研究了新型多孔碳材料、石墨烯、碳纳米管等材料可控制备对其性能的影响。赝电容超级电容器的研究主要集中在金属氧化物复合材料、导电聚合物复合材料、杂质原子掺杂碳材料和新型赝电容材料等4个方面。混合型超级电容器包括水系混合型超级电容器和有机系混合型超级电容器两个方面的研究。     

Research on the performance of electrolyte leakage power-based supercapacitor

高能量密度和高功率密度的动力型超级电容器因其突出的性能优势成为了新型储能与节能应用市场的重点发展方向。在模拟单体漏液的工况条件下,本工作以商品化动力型超级电容器为实验对象,对比分析了漏液前后单体表面及电化学性能的差异,比较了高温加速寿命测试过程单体的性能变化。结果表明,漏液后电解液将以银白色晶体形式呈现,漏液量达12 g以上后,单体容量、内阻值将急剧衰减,当漏液量达28.5 g后,单体容量将下降12.1%,内阻增大31.3%。高温加速寿命测试过程漏液单体（Cap-4）泄压频次增多,容量衰减38.4%、内阻上升85.1%。     

聚合物固态电解质设计策略

电解质作为锂离子电池中最为关键的部分之一,决定了锂离子电池的性能。固态电解质相比传统的电解液具有良好的机械强度、优越的安全性等,其中聚合物固态电解质不仅极大降低了锂离子电池的安全隐患,同时表现出优异的机械加工性能,具有良好的弹性和柔韧性,易制备加工成不同的形状。相较于氧化物固态电解质,聚合物固态电解质的柔性使其能很好地贴合电极,阻抗低,合成条件较为简易,对温度、压力等环境要求不苛刻,适宜规模化生产。但聚合物固态电解质的发展应用仍然存在诸多阻碍,在室温下,其离子电导率远远达不到目前对于锂离子电池能量密度的理想需求。既要兼顾聚合物的离子电导率,又要尽可能保留机械强度,是目前需要解决的首要问题。需要搞清楚在分子层面影响聚合物固态电解质离子电导率和高压稳定性的因素,同时探索新型聚合物、共聚物、复合型材料用于其制备中。调节分子间相互作用是一种有前途的提高离子电导率的解决方案。目前相关研究主要集中在开发新型聚合物、开发有效添加剂、针对不同电池系统优化聚合物固态电解质的微观结构三个方面。     

固态锂硫电池电解质及其界面问题研究进展

固态锂硫(Li-S)电池通过固态电解质代替传统液态电解液体系,有望同时解决液态Li-S电池多硫化物的穿梭效应、锂金属与液态电解液的副反应、安全性能差等关键科学问题,发挥其高稳定性、高能量密度的优势.然而,固态Li-S电池在固态电解质和电极/电解质界面问题上面临着巨大挑战,本文详细介绍了硫化物固态电解质和聚合物基体电解质...     

金属化膜电容器电热仿真分析

金属化薄膜电容器(Metallized film capacitor, MFC)是高压大容量电力电子系统领域广泛使用的储能器件,具有储能密度高和可靠性好等特点。在工作状态下,反复的充放电过程会使得电容器内部温度升高,过高的内部温度会导致电容器可靠性降低从而影响系统可靠性。对金属化膜电容器建立三维电场模型,获取其功率损耗;利用有限元软件,求解金属化膜电容器热模型,模拟实际工况下电容器的温升情况;最后搭建金属化膜电容器充放电试验平台,进行温度分布试验分析,验证了所建有限元模型的准确性。结果表明,建立的金属化膜电容器电热模型能够准确描述正常工况下的温升情况。所做工作将对电容器的寿命预测以及电力电子系统的可靠性分析提供参考。