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.     

活性炭基软包装超级电容器用有机电解液

使用了一种新型的有机电解液(三乙基甲基四氟硼酸铵/(丙烯碳酸酯+乙腈): MeEt₃NBF₄/(AN+PC))和两种传统有机电解液(四乙基四氟硼酸铵/丙烯碳酸酯(Et₄NBF₄/AN)和四乙基四氟硼酸/乙腈(Et₄NBF₄/PC)), 制作成活性炭(AC)基软包装超级电容器. 在不同电压窗口下对新型有机电解液的循环伏安和电化学阻抗谱进行了表征, 并在0-3 V的电压窗口下, 通过循环伏安、电化学阻抗谱、恒流充放电、漏电流、自放电、循环寿命和库仑效率, 对以上三种电解液进行了综合的比较. 结果表明, 新型有机电解液综合了AN和PC各自的优点, 性能优异.     

先位粉末套管法制备MgB2/Fe线材的超导性能研究

采用先位法将MgB2粉装入纯铁管中,制备出MgB2/Fe超导线材.用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了样品的物相组成和显微结构;用SQUID测量了样品的超导转变温度;用标准四引线法测量了短样的临界电流.结果显示,超导样品的临界转变温度约为38.3 K,在4.2 K/4 T下MgB2/Fe线材的临界电流密度为～104A/cm2.研究结果表明,高温退火有效地减少了冷加工过程中产生的应力,改善了晶粒连接性,提高了芯材的致密度,可以显著地提高先位法制备线材的临界电流密度.     

高性能MgB2长线材制备及性能表征

采用原位粉末装管工艺,分别以Mg粉(99.5%),无定形B粉(99.9%)为原料,以纳米SiC(10-30 nm)作为掺杂材料制备铁基MgB2线.首先将已混合的原料在丙酮介质中球磨,真空干燥后,将粉末填入铁管内,然后通过孔型轧制、旋锻和拉拔等冷加工工艺得到11 m长外径Ф1.75 mm铁基MgB2超导线.用扫描电镜,电子能谱,X射线衍射仪和超导量子干涉仪测试发现,样品微观结构整齐,晶粒大小均匀,内部仅含微量MgO,TC(onset)= 35.1 K,ΔTC＝5.3 K.纳米SiC掺杂后,其中C造成MgB2晶格畸变,形成有效磁通钉扎中心,C元素在MgB2中分布均匀.标准四引线测试结果表明,11 m线均分10段后,各点的Jc(4.2 K,10 T)均超过1.0×104 A/cm2,最高值达到1.2×104 A/cm2.在10-18T范围各点临界电流值分布均匀,变化率小于10%.     

预嵌锂硬碳和软碳用于锂离子电容器负极的比较研究

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.     

活性炭基Li2SO4水系电解液超级电容器

采用中性Li2SO4水溶液代替H2SO4和KOH作为电解液制备了活性炭(AC)基对称型超级电容器,使水系超级电容器的工作电压由1.0V提高到了1.6V.采用循环伏安和充放电测试研究了电容器的稳定电化学窗口.电化学充放电测试表明电容器在0.25A.g-1电流密度下单电极比容量可达129F.g-1,在功率密度为160W.kg-1时能量密度达到10Wh.kg-1(以正负极活性物质的总质量计).1.6V恒压充电1h后电容器漏电流为0.22mA.超级电容器的库仑效率接近100%,充放电循环5000次后容量仍可保持在92%以上.研究了电解液的浓度对电容器电化学性能的影响,发现随着Li2SO4浓度的增大电容器的电荷转移电阻显著减小,大电流充放电性能提高.活性炭基Li2SO4水系电解液超级电容器具有工作电压高、能量密度高和对环境友好等优点,因此有很好的产业化前景.     

Ba1-xKxFe2As2单晶(Tc=38.5K)磁通钉扎力与钉扎机理研究

铁基超导体是在2008年由Hosono发现的一种新型超导材料, 由于其具有上临界场高、各向异性小、临界电流密度大等优点, 在世界范围内引起了广泛关注. 以Ba_1-xK_xFe₂As₂为代表的FeAs-122系超导体具有结构简单、合成温度低、单晶容易制备等优点, 是物理学家和材料学家关注的焦点. 本工作在获得最优化掺杂的Ba_1-xK_xFe₂As₂单晶(T_c = 38.5 K)基础上, 通过分析其在不同磁场条件下电阻温度变化关系、不同温度条件下的磁滞回线等数据, 系统的研究了Ba_1-xK_xFe₂As₂单晶磁通钉扎力和磁通钉扎机理. 研究发现Ba_1-xK_xFe₂As₂超导体具有非常高的磁通钉扎势, 其中9 T的外场条件下, 其在H//c轴和H//ab面的钉扎势分别为5800 K和8100 K, 展示出良好的应用前景; 通过进一步分析发现, 其磁通钉扎机理应是由于晶格内部的小尺寸缺陷引起的电子平均自由程变化而导致的δl钉扎.     

高性能MgB2长线材制备及性能表征

采用原位粉末装管工艺，分别以Mg粉(99.5%)，无定形B粉(99.9%)为原料，以纳米SiC(10—30nm)作为掺杂材料制备铁基MgB₂线.首先将已混合的原料在丙酮介质中球磨，真空干燥后，将粉末填入铁管内，然后通过孔型轧制、旋锻和拉拔等冷加工工艺得到11m长外径Ф1.75mm铁基MgB₂超导线.用扫描电镜，电子能谱，X射线衍射仪和超导量子干涉仪测试发现，样品微观结构整齐，晶粒大小均匀，内部仅含微量MgO，T_C(onset)=35.1K，ΔT_C＝5.3K.纳米SiC掺杂后，其中C造成MgB₂晶格畸变，形成有效磁通钉扎中心，C元素在MgB₂中分布均匀.标准四引线测试结果表明，11m线均分10段后，各点的J_c(4.2K,10T)均超过1.0×10⁴A/cm^{2，最高值达到1.2×104A/cm2.在10—18T范围各点临界电流值分布均匀，变化率小于10%.}     

19芯Fe/Cu复合包套二硼化镁超导线制备及其超导性能研究

采用In-Situ PIT方法,以工业级低纯度B粉(92%)和镁粉(99%)为原料制备了19芯Fe/Cu复合包套MgB2超导线。断面扫描电镜观测表明,超导线内部超导芯分布排列均匀,Fe层都能完好包围MgB2芯体,Fe与Cu层结合紧密,填充因子0.17。750℃热处理1h后,样品超导转变温度Tc(onset)=33.5K,转变宽度ΔTc=4.8K。X光衍射检测发现,MgB2超导相中不存在其它Mg-B化合物杂项,但含有少量MgO和FeB2。多芯化后,超导芯中FeB2略有增加。四引线Ic测试发现,19芯样品在4.2K,4T时,临界电流密度为5622A/cm2,比单芯样品14400 A/cm2降低约2/3。