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高能量密度的锂离子混合型电容器

电化学 2017年第5期23卷 586-603页

作者：孙现众张熊王凯马衍伟中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

锂离子混合型电容器兼具锂离子电池和超级电容器的优点,在电化学储能领域具有广泛的应用前景,但其产业化仍存在一系列的器件结构设计、电极材料筛选、预嵌锂工艺和电解液与电极的界面等基础及工艺方面的问题.本文结合作者课题组的研究工... 详细信息

锂离子混合型电容器兼具锂离子电池和超级电容器的优点,在电化学储能领域具有广泛的应用前景,但其产业化仍存在一系列的器件结构设计、电极材料筛选、预嵌锂工艺和电解液与电极的界面等基础及工艺方面的问题.本文结合作者课题组的研究工作,介绍了近年来高能量密度的锂离子混合型电容器的研究进展,内容涉及锂离子电容器正/负极材料的筛选、预嵌锂工艺的优化、内并联结构的锂离子电池型超级电容器复合正极组成材料的调控、隔膜的选择、电解液的组成、以及器件的高/低温性能,分析了锂离子电容器的容量衰减机制,探讨了锂离子电池型超级电容器的储能机制,并提出了未来对高能量密度的锂离子混合型电容器研究的展望.

关键词：锂离子电容器锂离子电池型超级电容器预嵌锂工艺储能机制容量衰减行为高/低温性能

双电层电容器电化学阻抗谱的实验研究(英文)

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物理化学学报 2014年第11期30卷 2071-2076页

作者：孙现众黄博张熊张大成张海涛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

电化学阻抗谱(EIS)是一种很有用的研究电化学性能的技术.理想的双电层电容器(EDLC)阻抗谱的尼奎斯特图由中高频的45°线和低频的与实轴垂直的直线组成,可以用孔径分布-传输线模型来解释.然而,在研究工作中还发现,在阻抗谱的高频区出现... 详细信息

电化学阻抗谱(EIS)是一种很有用的研究电化学性能的技术.理想的双电层电容器(EDLC)阻抗谱的尼奎斯特图由中高频的45°线和低频的与实轴垂直的直线组成,可以用孔径分布-传输线模型来解释.然而,在研究工作中还发现,在阻抗谱的高频区出现了半圆弧区域,为此,提出的等效模型认为半圆弧可以归因于活性材料之间的接触电阻和接触电容,以及电极与集流体之间的接触电阻与接触电容.还研究了充电过程、活性炭和电解液的电导率、导电添加剂和粘结剂的含量、隔膜、活性物质附载量和极片加压等因素对阻抗谱的影响.其中,充电截止电压、活性炭的电导率、导电添加剂的含量和极片加压对半圆弧部分影响较为显著.

关键词：电化学阻抗谱双电层电容器活性炭接触电阻接触电容

Conducting polymer hydrogel materials for high-performance flexible solid-state supercapacitors

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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

Different from solid electrodes, conducting polymer hydrogel electrodes swollen with water and ions,can reach contact with the electrolyte solution at the molecular level, which will result in more efficient electrochemical process of supercapacitors. Besides, the inherent soft nature of hydrogel material offers the electrode superior flexibility,which benefits to gain high flexibility for devices. Here, this perspective briefly introduces the current research progress in the field of conducting polymer hydrogel electrodes-based flexible solid-state supercapacitor and gives an outlook on the future trend of research.

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

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混合导电剂对硬碳负极电容器性能的影响

电源技术 2018年第12期42卷 1861-1864,1875页

作者：张澄孙现众张熊马衍伟中国科学院大学北京100049 中国科学院电工研究所北京100190

采用碳纳米管与石墨烯的复合浆料(两者质量比为1∶1)与导电炭黑混合作为导电剂添加到硬碳电极中。以锂片作为对电极、以硬碳电极作为工作电极制备了扣式电池,并进行了倍率充放电、循环寿命、循环伏安以及交流阻抗测试。组装活性炭正极... 详细信息

采用碳纳米管与石墨烯的复合浆料(两者质量比为1∶1)与导电炭黑混合作为导电剂添加到硬碳电极中。以锂片作为对电极、以硬碳电极作为工作电极制备了扣式电池,并进行了倍率充放电、循环寿命、循环伏安以及交流阻抗测试。组装活性炭正极与硬碳负极制得软包装锂离子电容器,进行倍率充放电测试。优化混合浆料与炭黑的比例,探究其对锂离子电容器负极硬碳材料电化学性能的影响。实验结果表明,当碳纳米管、石墨烯与炭黑的质量比为1∶1∶2时,硬碳电极具有最佳的倍率性能和循环性能。利用炭黑、碳纳米管与石墨烯分别为零维、一维与二维结构的特点,构建了立体有效的"点-线-面"导电网络,三种导电剂发挥协同效应,从而提高了硬碳负极的电化学性能。

关键词：锂离子电容器硬碳碳纳米管炭黑导电剂石墨烯

电化学沉积制备MnO_2/PEDOT-PSS复合材料及其电容特性研究

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储能科学与技术 2018年第2期7卷 108-116页

作者：刘文杰孙现众郝青丽南京理工大学化工学院江苏南京210094 中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

通过电化学方法在泡沫镍基底上电沉积MnO_2,然后在其表面原位电聚合导电高分子PEDOT-PSS,形成复合结构材料,并研究不同聚合时间包覆的导电高分子层对复合电极电化学性能的影响。采用拉曼光谱、扫描电镜和透射电子显微镜观察制备的复合... 详细信息

通过电化学方法在泡沫镍基底上电沉积MnO_2,然后在其表面原位电聚合导电高分子PEDOT-PSS,形成复合结构材料,并研究不同聚合时间包覆的导电高分子层对复合电极电化学性能的影响。采用拉曼光谱、扫描电镜和透射电子显微镜观察制备的复合材料电极的表面形貌与结构。通过电化学测试结果表明,电聚合10s得到的PEDOT-PSS包覆的MnO_2复合材料(P-MnO_2-2)的比容量最高(346.5 F/g),是MnO_2电极(179.1 F/g)的1.9倍,在6 A/g大电流密度下仍具有223.5 F/g的比容量,且循环稳定性比较好。最后使用KOH凝胶固态电解液,组装成柔性对称型固态超级电容器点亮一个LED灯。

关键词： MnO2 导电高分子复合材料电沉积柔性超级电容器

Cycling stability of La-Mg-Ni-Co type hydride electrode with Al

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中国有色金属学会会刊：英文版 2006年第B02期16卷 8-12页

作者：孙现众潘洪革高明霞李锐林燕马帅 Department of Materials Science and Engineering Zhejiang University Hangzhou 310027 China

The mechanism of the improvement of the cycling stability of the La-Mg-Ni-Co based hydrogen storage alloy electrode was systematically investigated. The results show that the cell volume expansion upon hydrogenation is obviously decreased after the partial substitution of Al for Ni. Therefore a decrease in the pulverization of the alloy particles is obtained, which leads to the decrease of the contact area of the fresh alloy surface with alkaline electrolyte and the increase of the charge/discharge efficiency. Moreover, the occurrence of Al in the alloy can create a dense Al oxide film on the surface of the alloy during charge/discharge cycling. This dense oxide film can prevent further oxidation of the active components in the alloy, which is believed to be the most important factor responsible for the improvement of the cycling stability of the La-Mg-Ni-Mn-Co-Al type alloy electrodes.

关键词： La-Mg-Ni-Co 氢化物电极铝循环稳定性储氢合金 Ni/MH电池

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基于CO_2转化的碳材料制备及其在超级电容器中的应用

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储能科学与技术 2017年第5期6卷 1041-1049页

作者：李晨张熊王凯孙现众马衍伟中国科学院电工研究所北京100190

超级电容器是介于二次电池和传统电容器之间的新型能量存储器件,功率密度高、充放电效率高、循环寿命长且工作温度宽,具有广阔的市场前景。将CO_2气体转化为各种碳材料是近年来逐渐成长的新方法,有望成为制备碳基能源材料的绿色技术路... 详细信息

超级电容器是介于二次电池和传统电容器之间的新型能量存储器件,功率密度高、充放电效率高、循环寿命长且工作温度宽,具有广阔的市场前景。将CO_2气体转化为各种碳材料是近年来逐渐成长的新方法,有望成为制备碳基能源材料的绿色技术路线。本文以高性能碳基电极材料的设计策略为切入点,梳理了各类基于CO_2转化的碳材料制备技术的发展历程,包括直接燃烧法、高温镁热还原法和自蔓延高温合成法,并在此基础上深入讨论了基于CO_2转化的碳材料在超级电容器中的应用,最后针对性地展望了CO_2转化技术在碳材料制备及超级电容器构建中的发展方向。

关键词：超级电容器 CO2转化碳材料能量存储

预嵌锂硬碳和软碳用于锂离子电容器负极的比较研究（英文）

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电化学 2019年第1期25卷 122-136页

作者：李钊孙现众刘文杰张熊王凯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 中国科学院大学北京100049

锂离子电容器是一种应用前景广阔的电化学储能器件.目前,活性炭作为锂离子电容器正极被广泛使用.然而,锂离子电容器负极却有多种不同选择,如硬碳和软碳等碳材料.本文使用两种具有不同结构和电化学特性的硬碳和软碳材料作为锂离子电容器... 详细信息

锂离子电容器是一种应用前景广阔的电化学储能器件.目前,活性炭作为锂离子电容器正极被广泛使用.然而,锂离子电容器负极却有多种不同选择,如硬碳和软碳等碳材料.本文使用两种具有不同结构和电化学特性的硬碳和软碳材料作为锂离子电容器负极,进行了对比研究.研究表明,软碳相比于硬碳有更好的电子导电性和更高的可逆容量.通过在电流范围0.1～12 A·g^(-1)下进行充放电测试,分别研究了两种碳基电极在不同涂覆厚度下的倍率性能.结果显示,硬碳电极在大电流下有更好的倍率特性.然后,以活性炭为正极,预嵌锂的硬碳和软碳为负极,锂片为锂源和参比电极,分别组装了三电极软包锂离子电容器.根据三电极充放电测试,分别研究了不同预嵌锂量的硬碳和软碳所组装的锂离子电容器的电化学性能.结果表明,合适的负极预嵌锂容量可以提升锂电容的能量密度、功率密度和循环稳定性.最后,大容量硬碳和软碳基软包锂离子电容器被分别组装,软碳基锂电容实现了最高的能量密度21.2 Wh·kg^(-1)(基于整个器件质量),硬碳基锂电容实现最高的功率密度5.1 kW·kg^(-1).

关键词：锂离子电容器硬碳软碳预嵌锂软包电容器

新型MXene材料在超级电容器中的研究进展

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电源技术 2017年第4期41卷 665-667页

作者：苗旺张熊王凯孙现众马衍伟中国科学院电工研究所北京100190

MXene是2011年发现的一类新型前过渡族金属碳化物或氮化物二维材料,只有几个原子层的厚度,与石墨烯具有类似的结构。MXene具有丰富的物理性能,如电子、磁性、光学、热学、机械性能等;并且具有大的比表面积和良好的导电性,使之成为超级... 详细信息

MXene是2011年发现的一类新型前过渡族金属碳化物或氮化物二维材料,只有几个原子层的厚度,与石墨烯具有类似的结构。MXene具有丰富的物理性能,如电子、磁性、光学、热学、机械性能等;并且具有大的比表面积和良好的导电性,使之成为超级电容器的理想电极材料。综述了MXene电极材料的合成、表面官能团的作用、复合材料及其在超级电容器中应用等方面的研究进展,展望了MXene材料在超级电容器上的研究前景。

关键词： MXene 电极材料超级电容器