锂离子电容器(LIC)产业前沿技术研究进展

新能源战略体系的建设和电子技术的飞速发展对储能器件的性能提出了更高的要求,锂离子电容器是将锂离子电池和双电层电容器“内部交叉”的新型混合储能器件,兼具高能量密度和高功率密度,近年来引起了国内外的广泛关注.本文阐述了锂离子电容器的工作原理和国内外产业发展现状,总结了碳负极的预赋锂技术、电极材料与体系匹配性研究等关键技术前沿的研究成果,并提出了后续产业化研究中所需要解决的实际问题.     

2020年先进能源材料与器件国际大会学术会议综述

来自国内外150多所高校和企业的近400名专家学者和研究生代表出席了本次会议. 会议围绕新能源的先进电化学储能材料与器件展开研讨, 所涉及的储能体系包括了锂离子电池、锂硫电池、超级电容器及新型二次电池等. 本次会议为推动先进能源材料与器件领域的发展提供了一个良好的学术交流平台, 大大提升了研发人员对新能源行业的发展动态、市场需求以及前沿工艺技术的深层次了解, 对于推动基础研究成果和产业化应用的紧密结合起到了积极的作用.     

溶胶凝胶方法制备纳米氧化钌的超电容特性

采用溶胶凝胶方法制备了具有纳米尺度和多孔特征的氧化钌超电容器活性材料,探讨了烧结温度对电极材料的晶体结构,颗粒大小及电化学特性的影响．结合热失重分析、扫描电镜、循环伏安测试等方法探讨了溶胶凝胶法制备钌产物的组成及在高温条件下发生的分解过程和相应产物．钌氧化物材料经过210℃烧结处理后具有541 F／g的电化学容量,由其组成的超电容器具有67 J/g的能量密度．采用高导电乙炔黑作为载体制备了氧化钌／乙炔黑复合电极材料,当乙炔黑含量为10％时,电极材料的比容量达到802 F/g,采用该电极材料组成的电化学电容器具有100 J／g的能量密度且表现了良好的高功率放电特性．     

聚苯胺在电化学电容器中的应用

采用化学氧化聚和法制备了聚苯胺电极材料,所制备的聚苯胺具有高于420F/g的法拉第赝电容和良好的电化学特性.分别采用聚苯胺作为正极材料,高比容量活性碳作为负极,38%硫酸作为电解液制备了复合型电化学电容器.复合型电容器工作电压达到1.4V,最大电容器比容量达到57F/g,最大比能量达到15.5Wh/kg.电容器200mA/cm2放电条件下真实功率达到2.8W/g,峰值比功率达到20.4W/g.循环工作寿命超过1000次.     

纳米氧化钴－氧化钌复合型超级电容器的研究

A novel type of composite electrode based on sheet like cobalt oxide particles has been used in supercapacitors. Cobalt oxide cathodically deposited from Co（NO3）2 solution with carbon nanotubes as matrix exhibited large pseudo-capacitance of 322 F·g^-1 in 6 mol·L^-1 KOH. A sol-gel process for the preparation of ultrafine RuO2 particles was developed to design electrodes with large surface area. The composite electrodes were developed by the deposition of RuO： on the surface of carbon nanotubes. A specific capacitance of 785 F·g^-1 can be achieved with the 20% carbon nanotubes loaded. To characterize the metal oxide nanocomposite electrode, a cyclic voltammetry and AC impedance test are executed. This study also reports a hybrid capacitor, which consists of cobalt oxide composite as a cathode and ruthenium oxide composite as an anode. The electrochemical performance of the hybrid capacitor is characterized by a dc charge/discharge test and cyclic voltammograms. The hybrid capacitor shows capacitor behavior with an extended operating voltage of 1.4 V. The maximum energy density and specific power density of the cell reach the value of 23.7 and 8.1 kW·g^-1 respectively. The hybrid capacitor exhibits high-energy density and stable power characteristics.     

聚苯胺/活性碳复合型超电容器的电化学特性

电化学电容器作为一种新型储能器件具有广泛的应用.采用(NH₄)₂S₂O₈化学氧化聚合苯胺法制备了聚苯胺电极材料，采用化学物理二次催化活化法制备了高比表面积活性碳材料.并用循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗等方法对上述电极材料的电化学特性进行了研究.实验结果表明,所制备的聚苯胺电极材料具有高于420 F•g^－1的法拉第赝电容和良好的电化学特性，所制备的活性碳电极材料则具有160 F•g^－1的双电层电容量.分别采用聚苯胺作为正极，活性碳作为负极，38％硫酸作为电解液制备了复合型电化学电容器.复合型电容器工作电压达到1.4 V, 电容器单体比电容达到57 F•g^－1，最大比能量和最大真实比功率分别达到15.5 W•h•kg^－1和2.4 W•g^－1, 峰值比功率达到20.4 W•g^－1,电容器循环工作寿命超过500次. 与活性碳双电层电容器相比，复合型电容器还具有较低的自放电率.     

长寿命、高倍率(Li4Ti5O12-AC)/( LiMn2O4-AC)电池电容的制备及性能研究

以商业微米级锰酸锂(LiMn2O4)为正极,钛酸锂(Li4Ti5O12)为负极,分别与商业活性炭(AC)复合,组装成软包装电池电容样品并进行电化学测试。测试结果表明：当样品正负极均复合AC时,其电化学性能要优于只有正极复合AC和未复合AC的样品。其中,正负极活性炭复合比例为5 wt.%,负极与正极的理论容量比(N/P)为1.01时,电池电容样品拥有良好的倍率性能,且其在0.5 C时的放电比容量为56.4 mAh/g,5 C时的容量保持率为0.5 C的72.2%。此外,与未复合AC的样品相比,单体在5 C倍率下经2000次循环后的容量保持率仍有77.5%,远高于前者的30.4%。     

电化学阴极沉积制备氧化镍/碳纳米管复合电极的准电容特性

采用催化裂解的方法制备了碳纳米管,其比容量为12F/g.采用碳纳米管作为电极基体,采用阴极电化学还原Ni(NO3)2的方法在碳纳米管基体表面均匀的沉积了纳米氧化镍颗粒并由此制备了氧化镍碳纳米管复合电极材料.采用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗及扫描电镜等方法考察了复合电极材料的容量特性、阻抗特性、自放电特性以及电极表观特征.实验表明复合电极具有良好的电化学特性,碳纳米管基体在明显降低氧化镍材料的阻抗的同时还提高了电极材料的电化学容量并拓宽了电极材料的有效工作电位窗,复合电极在6mol/LKOH电解液中比容量达到25F/g且表现了良好的电化学可逆性.与碳纳米管基电容器相比,采用氧化镍复合电极材料组装的电容器具有较低的自放电率.