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金属硒化物储能机理及其在锂离子电容器中的应用

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材料工程 2024年第6期52卷 42-50页

作者：魏文品梁初孙现众王凯张熊马衍伟浙江工业大学浙江碳中和创新研究院杭州310014 中国科学院电工研究所北京100190

锂离子电容器(lithium-ion capacitors,LICs)是一种兼具锂离子电池和双电层电容器优点的新型功率型储能器件。然而,电池型负极的缓慢电化学动力学性能限制LICs的应用。金属硒化物因其良好的导电性、快速的反应动力学和高理论比容量等优... 详细信息

锂离子电容器(lithium-ion capacitors,LICs)是一种兼具锂离子电池和双电层电容器优点的新型功率型储能器件。然而,电池型负极的缓慢电化学动力学性能限制LICs的应用。金属硒化物因其良好的导电性、快速的反应动力学和高理论比容量等优点备受关注。本文对金属硒化物的分类、结构和性质进行系统介绍,并重点讨论插层机制、转化机制和合金化机制的三种储能机制。最后,分析结构调控、碳材料协同和双金属硒化物构筑等改性方案对电化学性能的影响,并介绍由以上三种改性方法制备的结构稳定和高离子/电子传输能力的金属硒化物材料在锂离子电容器中的应用。

关键词：锂离子电容器负极材料金属硒化物材料结构储能机理

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MOF衍生多孔碳基材料的制备及其在锂离子电容器负极中的应用进展

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储能科学与技术 2024年

作者：孔妍妍张熊安亚斌李晨孙现众王凯马衍伟中国科学院电工研究所郑州大学材料科学与工程学院

锂离子电容器是一种兼具锂离子电池和超级电容器两者特点的新型功率型储能器件。然而，锂离子电容器电池型负极的动力学要慢于电容器型正极，导致其功率密度低、循环稳定性差等问题。金属有机骨架（metal-organic frameworks，MOF）衍... 详细信息

锂离子电容器是一种兼具锂离子电池和超级电容器两者特点的新型功率型储能器件。然而，锂离子电容器电池型负极的动力学要慢于电容器型正极，导致其功率密度低、循环稳定性差等问题。金属有机骨架（metal-organic frameworks，MOF）衍生多孔碳基材料以其大比表面积的多孔结构，以及出色的化学稳定性等优点，成为电化学储能领域的研究热点。本文首先分析了锂离子电容器电极材料面对的挑战，阐述了锂离子电容器的储能机制。然后分析了碳化温度、热处理时间等碳化工艺对MOF衍生多孔碳基材料理化性质的影响，并着重讨论了受碳化工艺影响制备得到的不同产物组分类型。随后总结了MOF衍生多孔碳基材料在锂离子电容器中的应用进展，提出了与其他碳材料进行复合或掺杂改性是实现高功率密度、高能量密度的锂离子电容器负极材料的重要途径，最后对MOF衍生碳基电极材料的发展前景予以展望。

关键词：锂离子电容器负极材料金属有机框架多孔碳

金属有机框架及其衍生物在锂离子电容器中的应用（英文）

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新型炭材料(中英文) 2024年

作者：赵沙沙张熊李晨安亚斌胡涛王凯孙现众马衍伟高密度电磁动力与系统重点实验室(中国科学院) 中国科学院电工研究所中国科学院大学齐鲁中科电工与先进电磁驱动技术研究所山东省先进电磁转换技术重点实验室

为了满足不断增长的能源存储需求，迫切需要既具有高能量密度又具有高功率密度的锂离子电容器（LICs）。LICs有效地平衡了传统电池的高能量密度与超级电容器（SCs）的卓越功率密度和长寿命。然而，LICs的发展仍然面临着正负极之间动力... 详细信息

为了满足不断增长的能源存储需求，迫切需要既具有高能量密度又具有高功率密度的锂离子电容器（LICs）。LICs有效地平衡了传统电池的高能量密度与超级电容器（SCs）的卓越功率密度和长寿命。然而，LICs的发展仍然面临着正负极之间动力学过程和容量不匹配的问题。金属有机框架（MOFs）及其衍生物因其大的比表面积、丰富的孔结构、多样的拓扑结构以及可定制的功能位点而受到广泛关注，使其成为实现高性能LICs的有力候选材料。MOF衍生碳因其高的电导性和大的比表面积，可提供更多电荷存储和快速离子传输。MOF衍生的过渡金属氧化物具有高比容量和优异的电化学稳定性。此外，MOF衍生的金属化合物/碳之间的协同效应，增强了电容性和法拉第反应，从而有利于提高其整体电化学性能。本综述系统总结了MOFs及其衍生物在LICs中的最新研究进展，阐明了结构/组成与电化学性能之间的关联，并提供了未来的展望，对电化学储能器件的发展具有指导意义。

关键词：锂离子电容器 MOFs 过渡金属氧化物能量密度功率密度

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高功率锂离子电池研究进展

工程科学学报 2022年第4期44卷 612-624页

作者：陈港欣孙现众张熊王凯马衍伟中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院济南250013

高功率快放型锂离子电池是目前锂离子电池领域研究的重点方向之一.为了获得具有高功率密度的锂离子电池,正极材料须具有较高的电压和较高的电子与离子导电率,正极材料主要包括高电压钴酸锂、镍锰酸锂和高电压三元材料,负极材料包括碳系... 详细信息

高功率快放型锂离子电池是目前锂离子电池领域研究的重点方向之一.为了获得具有高功率密度的锂离子电池,正极材料须具有较高的电压和较高的电子与离子导电率,正极材料主要包括高电压钴酸锂、镍锰酸锂和高电压三元材料,负极材料包括碳系材料、钛基材料和金属氧化物材料,以及为提高首效和降低负极电位而采用的预嵌锂方法,并对锂离子电池电解液用锂盐、溶剂和添加剂进行了综述.最终总结了功率密度测试方法,并对高功率锂离子电池的研究进行展望.

关键词：高功率锂离子电池正极材料负极材料电解液预嵌锂功率密度

基于导电聚合物水凝胶材料的高性能柔性固态超级电容器（英文）

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Science China Materials 2016年第6期59卷 412-420页

作者：王凯张熊孙现众马衍伟 Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China

不同于固体电极,导电聚合物水凝胶电极因含有大量水和离子可以使得导电聚合物与电解质实现分子层次的直接接触,这会使得电化学反应过程更加高效.此外,水凝胶内在的柔软特性,会赋予电极优越的柔性特点,有利于制备高柔性电子器件.本文简... 详细信息

不同于固体电极,导电聚合物水凝胶电极因含有大量水和离子可以使得导电聚合物与电解质实现分子层次的直接接触,这会使得电化学反应过程更加高效.此外,水凝胶内在的柔软特性,会赋予电极优越的柔性特点,有利于制备高柔性电子器件.本文简要介绍了基于导电聚合物水凝胶电极材料的柔性固态超级电容器的最新研究进展,并对未来研究方向做了展望.

关键词： Conducting polymer hydrogels flexible supercapacitor soft electrode polyaniline integrated device

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电池-超级电容器混合储能系统研究进展

储能科学与技术 2022年第1期11卷 98-106页

作者：乔亮波张晓虎孙现众张熊马衍伟中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

储能是解决可再生能源大规模发电并网、推动新能源汽车发展、实现“碳达峰”“碳中和”中长期目标的关键支撑技术。能量型储能器件与功率型储能器件组成的混合储能系统是能量管理和功率管理的高效系统,充分发挥了能量型储能的持久性和... 详细信息

储能是解决可再生能源大规模发电并网、推动新能源汽车发展、实现“碳达峰”“碳中和”中长期目标的关键支撑技术。能量型储能器件与功率型储能器件组成的混合储能系统是能量管理和功率管理的高效系统,充分发挥了能量型储能的持久性和功率型储能的快速性,大幅提升了储能系统的综合性能和经济性。本文概述了能量型和功率型电化学储能技术及特点,总结了各类电池-超级电容器混合储能系统,分析了混合储能系统在电网储能、新能源汽车、轨道交通等领域的应用。详细分析了电池-超级电容器混合储能系统关键技术,包括混合储能系统控制和能量管理,总结了近期较为常见的混合储能系统使用的控制方法;混合储能系统的参数匹配和技术经济性进行分析;介绍了混合储能系统拓扑结构分类,并讨论各种拓扑结构的优缺点。此外,还对电池-超级电容器混合储能系统和单一储能系统进行了仿真对比,验证了混合储能系统相较于单一储能系统的优越性。最后,对电池-超级电容器混合储能系统进行了总结和展望。

关键词：能量型储能功率型储能混合储能系统电池-超级电容器

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储能技术在轨道交通再生制动能量回收的应用

电气工程学报 2023年第2期18卷 210-220页

作者：张晓虎张熊张克良孙现众王凯马衍伟中国科学院电工研究所北京100190 齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院济南250013 中国科学院大学北京100049

城市轨道交通领域能源消耗量大,既是碳排放的重要来源,也是推动绿色能源发展、实现双碳战略目标的关键领域。轨道交通储能技术不仅能够大规模吸收再生制动能量、提高列车的能量利用率,也能够促进可再生能源就近消纳、拓展轨道交通多种... 详细信息

城市轨道交通领域能源消耗量大,既是碳排放的重要来源,也是推动绿色能源发展、实现双碳战略目标的关键领域。轨道交通储能技术不仅能够大规模吸收再生制动能量、提高列车的能量利用率,也能够促进可再生能源就近消纳、拓展轨道交通多种能源供应,是实现轨道交通节能、减排、洁净能源的有效利用等“绿色低碳”可持续发展战略目标的有效途径。本文阐述了可再生能源在轨道交通领域的应用方式及意义,分析了逆变回馈型和储能型再生制动能量回收技术及应用实例,通过梳理各类储能技术在轨道交通再生制动能量回收领域的应用特点,提出兼具高能量密度、高功率密度和长寿命的储能技术是该领域应用的核心。最后提出一种基于储能技术的交通能源互联互通基本体系架构,通过“源-网-荷-储”协同规划分析了“轨道交通-储能系统-电动汽车”和“轨道交通-储能系统-可再生能源”两类能源调度模式。

关键词：储能技术城市轨道交通绿色低碳再生制动能量回收

隔膜对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响（英文）

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物理化学学报 2014年第3期30卷 485-491页

作者：孙现众张熊黄博马衍伟中国科学院电工研究所应用超导重点实验室北京100190

隔膜是双电层电容器和混合型电池-超级电容器等电化学储能器件的重要组成元件.本文采用1 mol?L-1四乙基四氟硼酸铵的丙烯碳酸酯电解液制备了基于活性炭的扣式双电层电容器,并采用1 mol?L-1六氟磷酸锂锂离子电解液制备了(LiNi0.5Co0.2Mn0... 详细信息

隔膜是双电层电容器和混合型电池-超级电容器等电化学储能器件的重要组成元件.本文采用1 mol?L-1四乙基四氟硼酸铵的丙烯碳酸酯电解液制备了基于活性炭的扣式双电层电容器,并采用1 mol?L-1六氟磷酸锂锂离子电解液制备了(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+活性炭)/石墨体系的混合型电池-超级电容器.研究了不同类型隔膜的物理化学性能,以及其对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响.四种隔膜分别是无纺布聚丙烯毡、多孔聚丙烯薄膜、Al2O3涂层的聚丙烯薄膜和纤维素纸隔膜.进行了表面形貌、差示扫描量热、电解液吸液量和表观接触角测试表征.电化学测试表明,采用纤维素隔膜的双电层电容器具有最高的比电容和更优的倍率性能,电容器的自放电性能差别不大.而对于混合型电池-超级电容器,采用聚丙烯薄膜和无纺布聚丙烯毡隔膜器件的比容量比其它器件约高20%,且采用纤维素隔膜的器件自放电率最高.

关键词：双电层电容器混合型电池-超级电容器吸液量表观接触角自放电

软包装锂离子动力电池关键工艺及电化学性能研究

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软包装锂离子动力电池关键工艺及电化学性能研究

作者：孙现众浙江大学

学位级别：硕士

锂二次电池作为一种新型清洁、可再生的二次能源,具有工作电压高、能量密度大、质量轻等优点,在手机、笔记本电脑、蓝牙耳机、MP3、数码相机等领域都得到了广泛应用。软包装锂离子电池作为一种新型的锂二次电池,它集合了锂离子电池和锂... 详细信息

锂二次电池作为一种新型清洁、可再生的二次能源,具有工作电压高、能量密度大、质量轻等优点,在手机、笔记本电脑、蓝牙耳机、MP3、数码相机等领域都得到了广泛应用。软包装锂离子电池作为一种新型的锂二次电池,它集合了锂离子电池和锂聚合物电池两种工艺的优点,使锂离子电池同时具备了安全性能好、重量轻、可塑性强、外形设计灵活等特点。但是由于软包装锂离子电池高倍率放电性能较差,限制了它在小型高功率电池领域的应用,目前这一领域主要被镍镉和镍氢电池所占据。为了提高锂离子电池的高倍率放电性能,本文从软包装锂离子电池材料的选择、工艺参数控制、化成制度、正负极容量匹配等方面进行优化。采用恒电流—恒电压充放电、电化学阻抗谱(EIS)等电化学测试技术对电池的高倍率放电、循环稳定性、电极阻抗等电化学性能进行了测试分析。采用扫描电镜(SEM)、X射线能量色散分析(EDAX)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)等方法分析研究了碳负极表面固体电解质界面膜(SEI)的成分,对电池的衰退机制作了初步讨论。本文通过对软包装锂离子动力电池的原材料,包括正负极活性物质、粘接剂、导电剂、溶剂、集流体等的除水处理,提高了活性物质与集流体,特别是负极活性物质和铜箔的粘结力,从而降低电池内阻,提高电池的高倍率放电性能。论文对比了恒流化成和阶梯化成两种化成工艺,研究结果表明采用恒流化成工艺的锂离子电池容量、内阻指标都优于阶梯化成。采用恒流化成工艺的软包装锂离子电池0.2 C放电容量平均比阶梯化成工艺制备的电池高6%,内阻平均比阶梯化成工艺制备的电池低15%。但随着放电倍率的增加,采用恒流化成工艺的软包装锂离子电池放电电压平台降低较快。对软包装锂离子电池负极(Negative)和正极(positive)容量匹配(N/P=0.8～1.8)的研究表明,随着N/P的增大(N/P=0.8～1.8),353048型电池的0.2 C放电容量由454mAh增加至502mAh,1C充放电循环125次后,容量保持率由15.8%增加至86.6%;但0.2C放电电压平台降低,高倍率放电能力降低。电化学阻抗谱研究表明,在保持正极容量不变的情况下,随着负极容量的增加电极表面SEI界面膜引起的阻抗R以及电极表面表面电化学反应阻抗R先减小(N/P=0.8～1.6)然后再增大(N/P=1.8)。 SEM形貌照片表明,随着充放电的进行,电极表面的裂纹逐渐增多并生成白色絮状物质。通过对白色生成物的EXAF能谱分析,发现C和O的含量分别为56.97%,43.03%,说明有机电解质溶液在嵌锂碳负极表面被还原,大量含氧物质生成,在负极电极表面沉积并消耗电解液,使电极电阻增大,电化学极化增

关键词：锂离子电池软包装高倍率放电化成制度正负极容量匹配衰退行为