一种软包装超级电容器及其高电压模块

超级电容器是一种介于电池与传统电容器之间的新型储能器件,具有高能量密度、高功率密度的双重特性[1].超级电容器可以配合燃料电池、锂离子电池作为电源系统,解决电动汽车在加速、爬破、刹车时单一电池无法克服的问题;超级电容器也可以作为太阳能、风能等绿色发电系统储能装置;它亦可以作为电子、通讯、医疗等设备的主力电源.     

《能源电化学材料》专辑序言

以电化学能量储存和转化为特点的电池、电容器等储能技术,正在信息通讯、新能源汽车、微电网、分布式发电、大型电力储能、智能电网等领域得到广泛应用,将有力推动能源互联网的快速发展. 作为储能核心技术之一的锂电池、钠电池与超级电容器,更加受到重视. 这些电化学储能装置的性能依赖于所使用的电极材料与结构等. 发展高能量密度、高功率密度和长循环寿命的低成本储能体系成为能源电化学材料研究的核心. 本专辑围绕锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、超级电容器等,收录了在该领域具有丰富研究经验的团队所撰写的8篇相关综述和研究论文. 其中,围绕下一代锂离子电池负极硅材料,邀请了3篇综述和研究论文;鉴于丰富的钠资源,在钠离子电池研究方面也邀请了3篇综述论文;同时在高能量密度的锂硫电池和高功率密度的超级电容器方面各邀请1篇论文. 从这些论文中,可以部分看出锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、超级电容器等能源电化学材料的研究进展. 希望借助此专辑的出版,能使广大读者更好地了解上述几类电池、电容器的研究现状,研究趋势和存在问题及挑战,为更深入地开展该领域研究提供参考,以推动我国能源电化学材料研究的进一步发展. 在此,对专辑的所有作者、审稿人及编辑部工作人员的辛勤劳动,表示最衷心的感谢！     

碳纳米管的功能化及其电化学性能

超级电容器作为一种新型的储能元件,以其快速储存、释放能量等优点,近年来成为各国科研工作的研究重点和焦点[1￣3],并在数据记忆存储系统、便携式仪器设备、后备电源、通讯设备、计算机、燃料电池、电动车混合电源等许多领域都有广泛的应用前景[4]。目前,超级电容器用的电极材     

超级电容器研究展望——范壮军教授专访

正超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的储能装置,它既具有电容器快速充放电的特性,同时又具有电池的储能特性。但与传统电容器相比,超级电容器具有更大的比电容、更高的能量密度、更长的使用寿命等特点,而与电池相比,超级电容器又具有更高的功率密度、长寿命及绿色环保等优点。国家把超级电容器关键材料及其器件设计列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006–2020年)》和《国家"十一五"科学技术发展规划》。     

提高电容性电化学储能装置能量容量的一些尝试

本文从作者所在的课题组在超级电容器和超级电容电池方向的研究内容为基础,在电极材料和装置层面综述了电容性电化学储能装置的发展. 导电聚合物和过渡金属氧化物分别与碳纳米管复合后的复合物能显著提高前两者作为电容性法拉第储能电极的电容性能. 活性炭和碳黑等一类碳材料则可作为非法拉第储能的电极材料. 通过对超级电容器正负极电容做相应的匹配调整可以提高超级电容器的最大充电电压,从而提高超级电容器的能量容量. 此外,为了与实际设备相匹配,超级电容可以以双极板的方式串联堆积,满足高电压的需求. 超级电容电池作为新一代的电容性电化学储能装置,分别由具有电容性和法拉第电荷储存原理的电极组成,具有高比功率和高比能量的特点,也是近年来的研究热点.     

提高电容性电化学储能装置能量容量的一些尝试（英文）

本文从作者所在的课题组在超级电容器和超级电容电池方向的研究内容为基础,在电极材料和装置层面综述了电容性电化学储能装置的发展.导电聚合物和过渡金属氧化物分别与碳纳米管复合后的复合物能显著提高前两者作为电容性法拉第储能电极的电容性能.活性碳和碳黑等一类碳材料则可作为非法拉第储能的电极材料.通过对超级电容器正负极电容做相应的匹配调整可以提高超级电容器的最大充电电压,从而提高超级电容器的能量容量.此外,为了与实际设备相匹配,超级电容可以以双极板的方式串联堆积,满足高电压的需求.超级电容电池作为新一代的电容性电化学储能装置,分别由具有电容性和法拉第电荷储存原理的电极组成,具有高比功率和高比能量的特点,也是近年来的研究热点.     

超级电容电池

本文比较了超级电容器、锂离子电池和超级电容电池的结构、原理、研究现状和发展前景。超级电容电池的正极具有超级电容器电极的结构和双电层储能机制,负极具有类似锂离子电池负极的结构和快速电化学储能机制。超级电容器和锂离子电池的发展空间都很有限,而作为两者结合的产物的超级电容电池可兼具高比功率、高比能量、高放电电压和长循环寿命的优点,是未来储能电池的发展方向之一,但还面临缺乏具有高分解电压的电解液和高充电电压下电解液中离子枯竭的问题。     

超级电容电池

本文比较了超级电容器、锂离子电池和超级电容电池的结构、原理、研究现状和发展前景。超级电容电池的正极具有超级电容器电极的结构和双电层储能机制,负极具有类似锂离子电池负极的结构和快速电化学储能机制。超级电容器和锂离子电池的发展空间都很有限,而作为两者结合的产物的超级电容电池可兼具高比功率、高比能量、高放电电压和长循环寿命的优点,是未来储能电池的发展方向之一,但还面临缺乏具有高分解电压的电解液和高充电电压下电解液中离子枯竭的问题。     

高能量密度的锂离子混合型电容器

锂离子混合型电容器兼有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基础及工艺方面的问题,具体包括器件结构设计、电极材料筛选、预嵌锂工艺和电解液与电极的界面等. 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,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.     

锂离子电容电池关键电极材料

锂离子电容电池兼具锂离子电池和超级电容器的优势,凭借高能量密度、高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优势成为具有前景的新型储能系统。然而,电池型电极和电容型电极之间的动力学不平衡、能量密度不太理想和循环稳定性较差等关键问题仍然存在,若要有效解决该问题需要在该领域开发出新型正负极电极材料。因此,本文详细介绍了锂离子电容电池正负极材料(例如金属氧化物、碳材料、硫化物等)的研究进展以及技术路线,并针对目前存在的问题进行了分析,同时对电极材料未来的研究方向进行了展望,以及对其他化学电源的研究提供了新思路和手段。     

有序介孔碳的简易模板法制备与电化学电容性能研究

0引言电化学电容器(Electrochemical Capacitors),又称为超级电容器(supercapacitors)是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型储能装置,它具有循环寿命长、比容量高、能快速充放电等优点[1,2]。近年来随着电子、电气设备的日趋小型化以及电动汽车工业的不断发展,作为后备电源和记忆候补装置的超级电容器日益引起了人们的广泛关注。碳材料由于具有成本低、比表面积大、导电性优良、制备电极工艺简单等特点,一直是超级电容器电极材料的首选。其中,活性炭是最早采用的多孔电极材料,其比表面积可高达2500￣3000m·2g-1[3]。然而,活性炭材料…     

基于阵列电极的新型混合电容器

混合电容器由于兼具电池高能量密度和超级电容器高功率密度的优势,成为当前储能领域的研究热点。然而,电池电极和电容电极之间容量和功率的不平衡严重限制了混合电容器的实际性能。因此,如何实现二者的有效匹配,优化器件性能是混合电容器实用化的关键。阵列电极的使用打破传统粉末电极中不导电粘结剂对电化学动力学的限制,其独特的结构为正负极的匹配提供了新策略。此专论结合新型储能器件的研究现状以及本课题组在混合电容器方面的探索,简单探讨了混合电容器的储能机理和阵列结构作为电极材料的优势,着重介绍了本课题组近年来在混合电容器领域的研究工作,针对存在的科学问题提出了相应的解决方案,阐明了阵列电极混合电容器在柔性/可穿戴电子器件等领域的应用前景,并展望了混合电容器在未来的发展方向和挑战。     

《超级电容器》专辑序言

超级电容器因具有高功率密度、长循环寿命和使用温度范围宽等显著优势,已成为化学电源产业内新的亮点。作为一种大功率储能器件,超级电容器在轨道交通、现代通讯、航空航天、国防等战略新兴领域具有广泛的应用前景,全球需求量迅速增长。目前,限制超级电容器规模应用的关键问题是其能量密度偏低以及成本过高。如何在保证其高功率密度和长循环寿命优势的前提下,提高超级电容器能量密度并降低其成本是当今研究的热点。近年来,全球的超级电容器研究者针对这一关键问题,从电极材料设计、新型电解液开发及器件构筑等方面开展了一系列的工作,从理论研究到工程应用都取得了重要的突破。本刊邀请了超级电容器领域内具有丰富研究经验的8个团队撰写了8篇关于超级电容器的综述或者研究论文,介绍了当前超级电容器领域的研究现状、发展趋势和所面临的挑战,希望籍此能使广大读者更加深入了解超级电容器这一领域,并共同推动我国超级电容器相关研究的进一步发展。在此,对本专辑的所有作者、审稿人及编辑部工作人员的卓有成效的工作和付出表示衷心的感谢！     

一种（LiFePO4-AC）／Li4Ti5O12混合电池-超级电容器的研究

由于能源短缺和城市环境污染的加剧，科学家早在20世纪60年代就提出了混合电动车的概念，其目的是节约燃油和降低废气排放。混合电动车的出现要求有与之相适应的动力电源。近些年来的实验证实，无论是二次电池还是超级电容器都无法从整体上达到作为混合电动车动力电源的最佳要求。     

高比能超级电容器的研究进展

与传统蓄电池相比,超级电容器具有高功率密度、长循环寿命和使用温度范围宽等优势,但其能量密度较低.本文对超级电容器的结构、分类以及发展状况进行了简要介绍,重点阐述了本实验室近年来在研制高性能超级电容器方面的相关工作.主要从两个方面来提高超级电容器的能量密度:(1)通过采用中性水系电解液、有机电解液和离子液体提高对称型碳基超级电容器的电压窗口;(2)应用非对称型超级电容器,即一个电极采用具有法拉第赝电容电极材料或电池电极材料,而另一个电极则采用具有双电层电容的电极材料.同时介绍了由锂离子电池电极材料/活性炭作为正极,石墨作为负极组成的锂离子混合型超级电容器.最后,对超级电容器的发展方向进行了展望.     

电化学储能研究22年回顾

本文回顾了22年来作者的电化学储能研究活动,共分三个部分. 第一部分叙述高比能量、高比功率储能器件研究,包括锂硫电池研究（硫复合正极材料、锂硫电池制作、锂硼合金作为锂硫电池负极、硫-锂离子电池新体系）、超级电容器研究（超级活性炭、以酚醛树脂为原料制备电容炭、碳纳米管阵列中寄生准电容储能材料、氧化镍干凝胶准电容储能材料、归纳出电容炭材料的性能要求、电容器研制、确定“第四类”超级电容器）、锂离子电池研究（锂离子电池与可再生燃料电池的对决、双变价元素正极材料、磷酸钴锂正极材料、高功率锂离子电池的制作）. 第二部分叙述规模储能电池研究,包括液流电池新体系研究（蓄电与电化学合成的双功能液流电池、全金属化合物单液流电池、有机化合物正极的单液流电池）、致力于振兴铅酸电池（推广铅蓄电池新技术、铅炭电池的研究、铅酸电池新型板栅的研究）,储能电池（站）的经济效益计算方法. 第三部分叙述电动汽车发展路线研究,包括氢能燃料电池电动汽车、纯电动汽车与混合动力汽车、对我国电动汽车发展路线的建议、力争电动汽车补贴的合理化、坚守电动汽车“节能减排”宗旨、提出“发电直驱电动车”. 最后的结束语谈了三点感悟.     

低结晶性羟基氧化铁纳米颗粒:电化学性能优异的超级电容器负极材料

<正>作为一种新型的能源存储器件,超级电容器具有许多优异特性:高功率密度、充电时间短、使用寿命长等,然而,超级电容器过低的能量密度大大限制了其广泛应用,根本原因是受限于电极材料本身的储能机制特性~(1,2)。根据储能机制的不同,电极材料主要分为两大类:双电层物理吸附的碳基材料(低比电容)和表面近表面氧化还原反应     

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

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.     

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）

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.     

高比能锂离子电池高电压电解液的设计

自便携式电子设备以及电动汽车问世后,锂离子电池储能设备已经难以满足当前的生活与生产需求.锂离子电池作为商业储能设备市场的主要占有者,正朝着更高的能量密度、更长久的使用寿命以及更高的安全性能等方向发展.虽然通过提高锂离子电池的截止电压可以达到提升电池重量密度和体积密度的效果,但电池体系在高电压下将非常不稳定,这将导致锂离子电池的循环性能迅速衰减.同时,大量的电解液分解产物的堆积,导致电池的界面阻抗上升.另一方面,气体的生成形成了电池的安全隐患.本文针对高电压电解液的溶剂设计和电解液添加剂设计两个方面,回顾了过去一段时间里高电压电解液的发展.根据当前的理论研究基础,提出了高比能锂离子电池电解液的设计重心和未来该领域的主要研究方向.