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.     

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…     

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。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。为此，在近20年来，超级电容器成为发达国家（美国、俄罗斯、日本、澳大利亚以及欧洲国家）重点投资研究开发项目，并于20世纪80年代国际各大电气公司把多种超级电容器陆续投放市场。     

3D石墨烯基气凝胶的制备及在超级电容器中的应用

超级电容器作为一种新型的能源存储装置,由于其较高的功率密度、优良的充放电特性、超长的循环寿命,使其在移动电源,新能源汽车等众多领域具有非常广泛的应用前景。3D石墨烯基气凝胶具有多孔结构、大的比表面积、高的导电率、优异的机械性能和电子传输能力,它一直被认为是超级电容器的理想电极材料。本文综述了3D石墨烯基气凝胶的制备方法及其在超级电容器中的应用现状,并展望了其在超级电容器中的应用前景。     

《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！     

二氧化锰纳米棒的固相合成与表征

上世纪90年代以来,纳米科技向化学电源领域渗透,科技工作者开始研发纳米级MnO2电极材料,主要包括MnO2纳米粉体的制备[1-8]和将其作为碱锰电池正极材料[1-3]、高能量密度锂电池正极材料以及超级电容器电极材料的性能研究[4-8].     

面向柔性超级电容器的凝胶电解质研究进展

柔性超级电容器卓越的功率密度和柔性应用能力与可穿戴设备对柔性电源的紧迫需求相吻合,同时具备较大的能量密度提升潜力,使其受到了广泛关注。将水、有机液体、离子液体和导电离子等溶入三维聚合物网络构建导电凝胶作为电解质,不仅简化了柔性超级电容器结构,还通过引入多样的交联方式和合成材料进一步提升其性能,已成为近年备受瞩目的研究方向。本文深入分析并总结了凝胶电解质应用于柔性超级电容器的独特优势及其关键性能优化的方法,包括：调控导电离子含量及传输路径以提高离子电导率;采用双重物理交联和模板化合成策略调节凝胶网络结构以改善机械性能;引入有机液体、离子液体等溶剂限制冰晶形成,从而拓宽工作温度范围。然而,凝胶电解质在柔性超级电容器应用中仍然面临一系列挑战,包括生物相容性不足、电极/电解质界面兼容性弱以及合成材料的环保性不佳。未来研究需进一步解决上述问题,以实现凝胶电解质在柔性超级电容器中的高效应用。     

高容量超级电容器电极材料的设计与制备

超级电容器寿命长,安全性高,并可以实现快速充放电,是化学电源研究的热点之一。然而,超级电容器的能量密度较低限制了其更多的应用。因此,超级电容器领域的研究关注点在如何提高超级电容器的能量密度。其中,提高比容量是提高能量密度的一种有效途径。本文通过对电极材料和电解液的优化来研究制备得到高容量超级电容器的方法。电极材料的比表面积、孔道结构和导电性对其电化学性能有着直接的影响。一方面,通过优化电极材料的孔道结构和比表面积可以增加活性位点并提高电解液离子传导率,从而得到高比电容。另一方面,电极材料导电性的提高有利于提升其电子传导率从而得到较高的比容量。本文分别对碳材料和金属氧化物/氢氧化物的优化达到了增加双电层电容和赝电容的目的。不仅如此,还可以通过在电解液中增加氧化还原电对从而得到高比电容。这一方法为高容量超级电容器的制备提供了新的思路。     

碳基超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器是近年迅速发展起来的一种新型储能元件,决定超级电容器性能的最重要因素是电极材料。碳材料以其比电容高、循环寿命长和资源丰富等优点,已经成为当前超级电容器电极材料的有力竞争者。用作超级电容器电极的碳材料主要包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。本文详细介绍了超级电容器用碳材料的特点、应用及发展状况,并指出制备具有大比表面积和高导电率的多孔碳是当前碳材料电极的主要研究方向。     

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》。     

香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用简易浸泡法和一步碳化/活化法制备香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料(NMCs),利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构形貌进行表征,并研究了其超级电容特性。测试结果表明,NMCs的微孔比表面积高达1 594 m~2·g~(-1),且拥有更高数量的含氮官能团,其吡啶型含氮官能团比例也有所提高,展现出优异的超级电容特性。在0.5 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达325 F·g~(-1),当电流密度上升到20 A·g~(-1)时,其比电容仍然高达180 F·g~(-1),表现出优异的倍率性能;同时,在5 A·g~(-1)的电流密度下,电极经历5 000次充放电循环后具有97.7%的比容量保持率,展现出优异的循环稳定性。这主要归因于NMCs超高的微孔比表面积和丰富的含氮官能团。     

石墨烯-聚吡咯纳米管杂化材料的制备及电容特性

使用化学连接的方法制备一种石墨烯-聚吡咯纳米管杂化材料。使用扫描电镜、透射电镜、傅里叶变换红外光谱仪、光电子能谱仪以及电化学工作站对产物的形貌、结构以及电容特性进行表征。结果表明,在杂化材料中石墨烯和聚吡咯纳米管分散均匀,在石墨烯与聚吡咯纳米管之间通过酰胺基团形成了共价键连接。此杂化材料在0.3 A.g-1电流密度下的比电容为1 368F.g-1,在1.5 A.g-1电流密度下的比电容为759 F.g-1,在1 000次循环伏安循环后的剩余比电容值为初始比电容值的85.5%,显示出良好的电容特性。     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源、尿素为氮源、草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800的比表面积为1 114 m²·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品KNC-800的比表面积高达3 033 m²·g^-1。在以6.0mol·L^-1KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,KNC-800的比电容为405 F·g^-1,而KC-800的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^-1时经过10 000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了 269.33 F·g^-1和 350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在 10.0 A·g^-1时仍能达到 215.88 F·g^-1和 280.62 F·cm^-3(其初始值的 80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和 12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

Electrochemical performance of Co–Al layered double hydroxide nanosheets mixed with multiwall carbon nanotubes

Regular hexagonal Co–Al layered double hydroxides (Co–Al LDH) were synthesized by urea-induced homogeneous precipitation. This material proved to be nanosheets by scanning electron microscopy and X-ray diffraction measurements. The electrochemical capacitive behavior of the nanosheets in 1 M KOH solution were evaluated by constant current charge/discharge and cyclic voltammetric measurements, showing a large specific capacitance of 192 F·g⁻¹ even at the high current density of 2 A·g⁻¹. When multiwall carbon nanotubes (MWNTs) were mixed with the Co–Al LDH, it was found that the specific capacitance and long-life performance of all composite electrodes at high current density are superior to pure LDH electrode. When the added MWNTs content is 10 wt%, the specific capacitance increases to 342.4 F·g⁻¹ and remains at a value of 304 F·g⁻¹ until the 400th cycle at 2 A·g⁻¹, showing that this is a promising electrode material for supercapacitors working at heavy load. According to the electrochemical impedance spectra, MWNTs greatly increase the electronic conductivity between MWNTs and the surface of Co–Al LDH, which consequently facilitates the access of ions in the electrolyte and electrons to the electrode/electrolyte interface.     

同步合成模板法制备热解炭及其电化学电容性能研究

研究制备新型炭材料是提高电化学电容器性能的有效途径。本文以二氧化硅干凝胶为模板,以合成间苯二酚-甲醛(RF)干凝胶为炭前驱体,采用同步合成模板法制得了比表面积达1100m²·g^-1,孔径分布集中,平均孔径为4.5nm的炭材料。循环伏安研究表明,与比表面积为1720m²·g^-1的活性炭相比,本研究制得的炭材料具有更优异的电化学电容性能,2mV·s^-1时比容量达195F·g^-1。     

链珠状氢氧化亚镍的准电容特性及其在复合型超电容器中的应用(英)

本文采用溶胶凝聚方法制备了超细氢氧化亚镍电极材料并通过在其中掺加适量碳纳米管的方法大大提高了电极的比容量并有效改善了电极材料的阻抗特性。掺有20%碳纳米管的氢氧化亚镍复合电极材料的单电极比容量可达到320 F·g^-1。本文分别采用氢氧化亚镍/碳纳米管复合电极作为正极，活性炭作为负极，6 mol·L^-1 KOH作为电解液制备了复合型电化学电容器。采用上述方法制备的复合型电容器工作电压达到1.6 V，电容器质量比容量达到60 F·g^-1。复合型电容器能量密度达到20.11 Wh·kg^-1，最大功率密度达到8.6 kW·kg^-1,兼具高能量特性和优良的大电流放电特性。     

活性碳纳米管的制备及其在有机电解液中的电容性能研究

以KOH为活化剂对碳纳米管进行化学活化制备双电层电容器用高比表面积活性碳纳米管. 采用TEM和N₂吸附法表征活性碳纳米管的结构, 采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等评价其在1 mol•L^－1 Et₄NBF₄/PC中的电容性能. 随活化剂用量增大、活化温度升高和活化时间的延长, 活性碳纳米管的比表面积和比电容都呈增大的趋势. 活化剂用量为3∶1, 800 ℃活化4 h制备的活性碳纳米管的比表面积663 m²•g^－1, 比活化前提高了3倍, 其比电容达57.2 F• g^－1, 比活化前提高了2倍. 将活性碳纳米管的比电容与其比表面积相关联, 发现两者之间具有非常好的线性关系, 并分析了原因.     

SnO2 /MWCNTs纳米复合材料的低热固相制备及其超电容特性研究

采用十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)辅助固相法制备SnO2/MWCNTs纳米复合材料,X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)测试表明,SnO2纳米颗粒均匀包裹在MWCNTs表面.循环伏安和恒流充放电测试表明,与SnO2颗粒和纯MWCNTs相比,SnO2/MWCNTs纳米复合材料在1.0 mol·L-1 Na2SO4电解液中的电化学电容性质得到明显改善.当SnO2质量分数为11%时,在电流密度0.2 A·g-1下,SnO2的电容值最大可达217.3 F·g-1.