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静电纺柔性超级电容器电极材料的研究进展

材料导报 2023年第5期37卷 14-21页

作者：江志威刘呈坤吴红毛雪西安工程大学纺织科学与工程学院西安710048 陕西省纺织科学研究院西安710038

柔性超级电容器具有充放电速度快、功率密度高和能量密度高等优点,已成为智能可穿戴设备的理想供能器件。其中,优异的电化学性能和良好的柔韧性是供能器件追求的关键性能指标,而电极材料是其中的核心部分。电极材料的制备方法有沉积法... 详细信息

柔性超级电容器具有充放电速度快、功率密度高和能量密度高等优点,已成为智能可穿戴设备的理想供能器件。其中,优异的电化学性能和良好的柔韧性是供能器件追求的关键性能指标,而电极材料是其中的核心部分。电极材料的制备方法有沉积法、纺丝法、喷涂法、涂覆法和3D打印等,其中,纺丝法中的静电纺丝技术工艺简单、纤维形貌可控性强,且制备的纤维比表面积大、孔隙率高、柔性好,经过碳化处理后,不需要粘结剂就可直接作为超级电容器的电极材料。本文综述了近年来常规和新型静电纺柔性电极材料在超级电容器领域应用的最新研究进展,并对其进行了分类,对比了不同种类电极材料的制备方法和后处理工艺。据文献资料报道,基于静电纺纳米纤维膜碳化处理后的电极材料具有大的比表面积和含碳率,通过后处理优化材料的孔结构或者在表面负载金属氧化物,都可以很好地提升其电化学性能,实现其使用效能。除了前驱体原料外,纳米纤维的形貌、预氧化和碳化温度、升温速率,以及通过活化等后处理形成的孔结构等因素都会对电极材料的柔性产生极大影响。本文通过对电极材料的分类、对新材料的介绍,为研究人员开发和使用新材料提供一个方向。此外,本文对提升电极材料电化学性能的诸多方法以及电极材料产生柔性的原因进行了总结,可以为研究人员开发新型高效的柔性超级电容器提供帮助。

关键词：静电纺丝纳米纤维电极材料柔性超级电容器

木质素基材料在混合型超级电容器电极材料中的研究进展

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化工进展 2022年第9期41卷 4855-4865页

作者：龙垠荧杨健管敏杨怡洛程正柏曹海兵刘洪斌安兴业天津科技大学轻工科学与工程学院天津市制浆造纸重点实验室天津300457 浙江景兴纸业股份有限公司浙江平湖314214

木质素是一种多酚聚合物,具有丰富的芳香类官能团和含氧官能团,且在碳化后形成的多孔碳材料易于转化为石墨化碳层,从而形成局部高导电区域,是制备超级电容器的优质前体,故将木质素用于混合型超级电容器逐渐成为研究热点之一。本文综述... 详细信息

木质素是一种多酚聚合物,具有丰富的芳香类官能团和含氧官能团,且在碳化后形成的多孔碳材料易于转化为石墨化碳层,从而形成局部高导电区域,是制备超级电容器的优质前体,故将木质素用于混合型超级电容器逐渐成为研究热点之一。本文综述了近年来木质素碳材料在混合型超级电容器电极材料中的应用,重点分析了木质素在其中的作用,将其总结为3类进行介绍,包括木质素/多孔炭(石墨烯、碳纳米管)型、木质素/金属化合物(金属氧化物、硫化物、氢氧化物)型和木质素/导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩)型。此外,还介绍了木质素基混合型超级电容器在柔性超级电容器中的应用。最后,总结了木质素基材料应用在混合超级电容器中的优势和挑战。

关键词：超级电容器木质素电极材料碳材料电化学性能

TiO_(2)示例赝电容电极材料的设计规则:离子吸附,扩散和电子传输

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Science China Materials 2022年第2期65卷 391-399页

作者：王丽静姚晓龙陈达王瑾张振州刘洁宇林天全王维华洪樟连黄富强王卫超 Integrated Circuits and Smart System Lab(Shenzhen) Renewable Energy Conversion and Storage CenterTianjin Key Laboratory of Photo-Electronic Thin Film Device and TechnologyCollege of Electronic Information and Optical EngineeringNankai UniversityTianjin 300071China Key Laboratory of Civil Aviation Thermal Hazards Prevention and Emergency Response Civil Aviation University of ChinaTianjin 300300China CAS Key Laboratory of Materials for Energy Conversion and State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructure Shanghai Institute of CeramicsChinese Academy of SciencesShanghai 200050China State Key Laboratory of Silicon Materials School of Materials Science and EngineeringZhejiang UniversityHangzhou 310027China

高性能赝电容的发展需要从电子转移、电解质离子吸附和扩散方面全面理解电极材料.本论文结合第一性原理与转移矩阵法,以TiO_(2)为原型,通过引入各种缺陷,即氧缺陷(V_(O))和共掺杂缺陷(V_(O)+N_(O)),在综合考虑以上因素后获得了较高的赝... 详细信息

高性能赝电容的发展需要从电子转移、电解质离子吸附和扩散方面全面理解电极材料.本论文结合第一性原理与转移矩阵法,以TiO_(2)为原型,通过引入各种缺陷,即氧缺陷(V_(O))和共掺杂缺陷(V_(O)+N_(O)),在综合考虑以上因素后获得了较高的赝电容.与本征TiO_(2)(300 F g^(-1))相比,有缺陷的TiO_(2)产生的赝电容高达1700 F g^(-1).此外,缺陷会使得表面能带弯曲减小电子传输势垒,H离子在TiO_(2)-V_(O)中显示出比在TiO_(2)-V_(O)+N_(O)中高得多的势垒,表明在共掺杂体系中H扩散更容易.这项工作为电解质离子的吸附和扩散以及缺陷对电子传输的影响提供了见解,对于下一代超级电容器电极材料的设计和优化具有重要意义.

关键词：电子传输转移矩阵法能带弯曲离子吸附设计规则电极材料第一性原理氧缺陷

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纳米气泡对锂电池电极材料浮选行为的影响

煤炭学报 2022年第S01期47卷 257-264页

作者：李臣威张海军中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心江苏徐州221116

废弃锂电池电极材料的组成主要为石墨和钴酸锂粉末,2者的浮选分离是废弃锂电池二次资源循环利用工艺中的关键一环。由于电极材料的粒度远低于常规的浮选颗粒尺寸下限,应用常规的浮选技术实现2者的高效分离较为困难。利用原子力显微镜成... 详细信息

废弃锂电池电极材料的组成主要为石墨和钴酸锂粉末,2者的浮选分离是废弃锂电池二次资源循环利用工艺中的关键一环。由于电极材料的粒度远低于常规的浮选颗粒尺寸下限,应用常规的浮选技术实现2者的高效分离较为困难。利用原子力显微镜成像技术对界面纳米气泡进行了表征,结合原子力显微镜胶体探针技术和激光粒度测量仪研究了界面纳米气泡对颗粒-颗粒间相互作用的影响,设计了基于界面纳米气泡的锂电池电极材料浮选分离实验。结果表明,冷水升温的方法可在固-液界面产生纳米气泡,纳米气泡存在时颗粒-HOPG基质间展现出了较大黏附力。粒度测量结果表明纳米气泡存在时石墨颗粒聚集体尺寸D_(50)从23μm增加至29μm。浮选试验结果表明冷水中浮选可燃体回收率均高于常温水浮选:在常温水中,当浮选时间从2 min增加到8 min时,可燃体回收率从约34%增加到66%;在冷水浮选中,可燃体的回收率从约44%增加至74%。和常温水浮选结果相比,冷水升温浮选获得了较高的可燃体回收率和较好的浮选选择性。

关键词：电极材料纳米气泡原子力显微镜聚集体浮选

Ni-MOF衍生NiS_(2)@CNTs电极材料构建及其电化学性能

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洁净煤技术 2024年第2期30卷 197-208页

作者：王双赵佳辉王淼曲伟强王建成米杰裴晋平冯宇太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室山西太原030024 太原理工大学煤科学与技术教育部重点实验室山西太原030024 山西省安装集团股份有限公司山西太原030012

改善过渡金属硫化物导电性和循环稳定性是提升超级电容器性能的关键。以二氰二胺和升华硫分别为碳源和硫源,将Ni-MOF前驱体进行碳化和硫化后构筑了二硫化镍纳米颗粒与碳纳米管的复合材料(NiS_(2)@CNTs)。分析表明,碳化样品与升华硫的比... 详细信息

改善过渡金属硫化物导电性和循环稳定性是提升超级电容器性能的关键。以二氰二胺和升华硫分别为碳源和硫源,将Ni-MOF前驱体进行碳化和硫化后构筑了二硫化镍纳米颗粒与碳纳米管的复合材料(NiS_(2)@CNTs)。分析表明,碳化样品与升华硫的比例为1∶6时,制得的NiS2@CNTs复合材料具有较大的比表面积,且其中的NiS2纳米颗粒和碳纳米管呈现高分散性,可为电化学储能过程提供丰富的反应活性位点、快速的离子扩散和较强的电子传输效率。电化学性能测试表明,NiS_(2)@CNTs电极在0.5 A/g时的比电容可达568.0 F/g。以NiS_(2)@CNTs和活性炭(AC)分别为正负极组装NiS_(2)@CNTs//AC器件,其最大输出能量密度和功率密度达15.6和3207.0 W/kg,经过5000次充放电循环后的电容保持率和库伦效率分别为98.1%和99.7%,表明该电极材料有望实现长期循环利用且具有良好的实际应用前景。

关键词：金属有机框架化合物过渡金属硫化物碳纳米管电极材料超级电容器

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电极材料对电渗过程作用机理的试验研究

浙江大学学报（工学版） 2014年第9期48卷 1618-1623页

作者：陶燕丽周建龚晓南浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058

分别采用铁、石墨、铜和铝电极开展室内电渗试验,从宏观和微观层面对试验结果进行分析,比较电势损失和离子迁移过程对电渗效果的贡献,并基于微观机理对电渗宏观规律作出合理解释.Fe2+和Cu2+迁移能力较差,大多聚集在阳极附近无法移动,Al... 详细信息

分别采用铁、石墨、铜和铝电极开展室内电渗试验,从宏观和微观层面对试验结果进行分析,比较电势损失和离子迁移过程对电渗效果的贡献,并基于微观机理对电渗宏观规律作出合理解释.Fe2+和Cu2+迁移能力较差,大多聚集在阳极附近无法移动,Al 3+迁移能力较强,在电场作用下易运移到阴极随水排出;电极材料通过电极反应生成离子进入土壤对电渗的促进甚小,其主要作用在于通过电极腐蚀、钝化、氧化以及电极与土体部分脱离引起电势损失,这是不同电极材料电渗效果差异的根本原因,同时表明电渗排水依赖于土壤中其他离子类型;电能利用率与土体本身性质密切相关,受电极材料影响不大.该研究可进一步揭示电渗机理,为电渗法的工程应用提供指导.

关键词：电极材料电渗法作用机理宏观层面微观层面电势损失离子迁移过程

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TiCT基纤维电极材料研究进展

化工新型材料 2024年

作者：王晟冕望红玉青海大学机械工程学院

当前，由于高电导率和优异的赝电容特性，Mxene电极材料的研究引起了广泛关注，其纤维在储能纺织品、柔性传感器件等领域具有良好的应用前景。从Ti3C2Tx纤维的制备方法，Ti3C2Tx纤维电极材料的电化学性能方面进行了简要阐述，展望了Ti3... 详细信息

当前，由于高电导率和优异的赝电容特性，Mxene电极材料的研究引起了广泛关注，其纤维在储能纺织品、柔性传感器件等领域具有良好的应用前景。从Ti3C2Tx纤维的制备方法，Ti3C2Tx纤维电极材料的电化学性能方面进行了简要阐述，展望了Ti3C2Tx纤维电极材料的研究趋势。

关键词： Ti C T 纤维电化学性能电极材料

二维纳米棒结构CoMnO/CC电极材料的制备及其电化学性能

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材料工程 2024年

作者：刘家宏卢世晨王立奎刘燕红温玉清尚伟桂林理工大学化学与生物工程学院广西电磁化学功能物质重点实验室

金属氧化物因其高容量、低成本、适于商业化、环保等特点而常被应用于超级电容器电极材料。以Mn-MOF为前驱体，将其置于乙醇中与Co(NO3)2进行离子交换和刻蚀反应，然后在空气中热处理，最后在碳布(carbon cloth,CC)基体上得到高度结晶的... 详细信息

金属氧化物因其高容量、低成本、适于商业化、环保等特点而常被应用于超级电容器电极材料。以Mn-MOF为前驱体，将其置于乙醇中与Co(NO3)2进行离子交换和刻蚀反应，然后在空气中热处理，最后在碳布(carbon cloth,CC)基体上得到高度结晶的CoMn2O4二维纳米棒结构。对不同Co(NO3)2添加量下制备的CoMn2O4/CC和直接热处理得到的Mn2O3/CC进行SEM和XRD分析，并且通过循环伏安测试、恒电流充放电测试和交流阻抗测试等进行电化学性能测试。结果表明：0.3 g Co(NO3)2刻蚀后CoMn2O4/CC的母体结构相对保留良好，形成中空的纳米空心结构，热处理后在碳布上原位生长的垂直纳米棒结构均一密集地包裹碳纤维，由于无任何黏合剂的添加，确保较高的力学稳定性和导电性。在1.2 mA·cm-2的电流密度下，电极材料具有809.8 mF·cm-2的面积比电容；在5 mA·cm-2的电流密度下循环5000周次后电容保持率为79.1%，是具有潜在应用前景的一种电极材料。

关键词：超级电容器锰基金属有机骨架衍生物电极材料柔性

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超级电容器电极材料及电解液的研究进展

化工新型材料 2024年第1期52卷 47-53页

作者：翟冬梅郭鹏卓黄宏斌丁倩瑶杨文桂林理工大学化学与生物工程学院广西电磁化学功能物质重点实验室桂林541004

为应对环境污染造成的气候变化,中国提出碳达峰、碳中和目标。为实现这一目标,有必要使用新工艺、新设备来改善传统能源造成的温室气体排放。作为介于传统电容器和化学电源之间的一种新型储能器件,超级电容器具有功率密度高、循环寿命... 详细信息

为应对环境污染造成的气候变化,中国提出碳达峰、碳中和目标。为实现这一目标,有必要使用新工艺、新设备来改善传统能源造成的温室气体排放。作为介于传统电容器和化学电源之间的一种新型储能器件,超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、温度范围宽和绿色安全等优点,已经广泛应用到电子设备、智慧电网和储能等领域,有效地起到了碳减排作用。电极材料和电解液是构成超级电容器的主要组成部分,也是影响超级电容器性能的关键因素。综述了超级电容器在电极材料及电解液方面的研究进展,并详细介绍了对它们的优缺点,展望了其未来发展趋势。

关键词：超级电容器电极材料电解液电化学储能