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。     

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.     

超级电容器概述

正超级电容器是一种新型的绿色储能装置,具有功率密度高、循环寿命长、充放电速度快、可靠性高、绿色环保等特性,在移动通讯、航空航天、电动汽车和国防等领域有着巨大的应用潜力。近年来,随着超级电容器研究的不断深入、相关技术产业的快速发展,其应用领域正在不断的扩展、市场前景十分广阔1,2。电极材料是超级电容器的关键所在,它决定着该储能器件的主要性能指标,如     

一种高容量的层状Co-MOF基超级电容器电极材料

通过简单的溶剂热反应合成了一种钴基层状MOF（[Co（4,4''-bpy）（tfbdc）（H₂O）₂],Co-BTH,4,4''-bpy=4,4''-联吡啶,H₂tfbdc=四氟对苯二甲酸）,并考察了其作为超级电容器电极材料的性能。研究结果表明：Co-BTH电极具有良好的赝电容性能,包含高比电容和较好的倍率性能。在1 A·g^-1电流密度下和1 mol·L^-1 KOH溶液中,其比电容最大可达2 316 F·g^-1。在2 A·g^-1的电流密度下,循环1 000次后,电极的比电容仍然还有847 F·g^-1。良好的赝电容性能与Co-BTH的层状结构和小尺寸的纳米片有关。     

一种高容量茴香状硫化铜柔性电极的制备及其在超级电容器中的应用

柔性电极由于在可穿戴电子设备领域具有重要应用而备受关注,然而其制备工艺繁琐、价格昂贵、负载量低和比容量低等问题限制了其发展.为解决这些问题,迫切需要开发负载量大、比容量高的柔性电极材料.本文利用简单的化学电镀和低温固相反应方法,制备了茴香状的CuS@CPCC-24柔性电极材料.这种紧密堆砌的薄片具有大量的孔隙,能够提供足够的活性位点,进而有效增加存储电荷的能力.结果表明,CuS@CPCC-24柔性电极不仅在电流密度为2 mA·cm^-2时可达到1 150.2 mF·cm^-2的最大电容,而且循环稳定性较好,展现了其在柔性储能器件领域具有潜在应用.     

胶体离子超级电容器

超级电容器具有功率密度大、循环寿命长等优点,但同时面临着能量密度低等缺点. 胶体离子超级电容器是最近开发的一种新型赝电容器,同时具有高功率密度和高能量密度的特点. 胶体离子超级电容器能够充分利用多价态金属阳离子的多电子氧化还原反应,完全释放储存的潜在电能,从而提高超级电容器的能量密度. 由于胶体离子的存在,缩短了电子、离子的扩散长度,加快了氧化还原反应动力学,从而保持高的功率密度. 本文主要介绍胶体离子超级电容器的发展过程、最新研究进展以及需要进一步开展的研究工作,作者希望从一个新的角度去研究发展下一代高性能电化学储能设备,实现新的突破.     

CP@NiAl-LDH复合材料的制备及其超级电容器性能

通过采用简易温和的水热条件制备导电聚合物@镍铝层状双金属氧化物复合材料（CP@NiAl-LDH）,构建电子/离子的高速传输纳米通道,利用SEM和XRD对复合材料结构形貌进行表征。电化学性能测试结果表明,导电聚合物为复合材料提供一定的赝电容,促进电荷的快速转移,使CP@NiAl-LDH的电容性能得以显著提升。PPy@LDH具有最好的电容性能,在1 A·g^-1的电流密度下,其比容量高达3 010.3 F·g^-1,当电流密度升高到20 A·g^-1时,其比电容保持率为73.1%,表现出优异的倍率性能;同时,在10 A·g^-1的电流密度下10 000次充放电循环后仍具有88.8%的比容量保持率,具有优异的循环稳定性。这主要归功于NiAl-LDH与导电聚合物之间的协同增强效应。     

CP@NiAl-LDH复合材料的制备及其超级电容器性能

通过采用简易温和的水热条件制备导电聚合物@镍铝层状双金属氢氧化物复合材料(CP@NiAl-LDH),构建电子/离子的高速传输纳米通道,利用SEM和XRD对复合材料结构形貌进行表征。电化学性能测试结果表明,导电聚合物为复合材料提供一定的赝电容,促进电荷的快速转移,使CP@NiAl-LDH的电容性能得以显著提升。PPy@LDH具有最好的电容性能,在1 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达3 010.3 F·g~(-1),当电流密度升高到20 A·g~(-1)时,其比电容保持率为73.1%,表现出优异的倍率性能;同时,在10 A·g~(-1)的电流密度下10 000次充放电循环后仍具有88.8%的比容量保持率,具有优异的循环稳定性。这主要归功于NiAl-LDH与导电聚合物之间的协同增强效应。     

纤维素凝胶电解质及其在超级电容器中的应用

以纸浆为原料制备得到一种粘胶液,经静置水化交联,得到一种纤维素凝胶电解质(XWD-NaOH);添加亚铁氰化钾,使获得的新型纤维素凝胶电解质(XWD-NaOH-K 4[Fe(CN)6])呈现良好的氧化还原活性,电导率达15.3 mS/cm;与XWD-NaOH相比,XWD-NaOH-K 4[Fe(CN)6]电解质超级电容器,在0.5 A/g电流密度下,比电容、功率密度和能量密度分别提高了57%、111%和214%,并且体系具有更低的内阻、电荷转移电阻及高的循环稳定性。     

碳纳米管的修饰及其在超级电容器中的应用

碳纳米管以其窄孔径分布、高有效比表面积、良好导电性能、良好力学性能、优良化学稳定性和良好热稳定性以及较低成本等优点,被认为是超级电容器的理想电极材料之一.本文结合碳材料具有的双电层电容和金属氧化物、导电聚合物具有的准法拉第电容,综述了碳纳米管的修饰处理技术及碳纳米管/金属氧化物、碳纳米管/导电聚合物复合材料、碳纳米管原位再生长技术的研究进展,指出碳纳米管的修饰能更好地改善其电化学性质,因此碳纳米管复合材料是超级电容器电极材料研究的一个重要发展方向.     

多孔氧化镍薄膜的制备及其超级电容器性能

以氟掺杂的SnO₂导电玻璃(FTO)为基底,通过水热法与高温煅烧法相结合成功制备出多孔氧化镍薄膜。 通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、晶体粉末衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等技术手段对所制备NiO进行了物相组成、表面形貌及元素价态的表征。 在6 mol/L KOH电解液中,采用循环伏安法、恒电流充放电对NiO薄膜电化学性能进行了研究。 结果表明,在电流密度为2 A/g时,NiO薄膜的比电容可达651.6 F/g,循环1000圈后其电容保留值可达71.6%,是理想的超级电容器电极材料。     

混合型超级电容器的研究进展

与传统的二次电池相比,超级电容器具有长寿命、高功率密度的特点,但是能量密度较低.本文主要介绍了混合超级电容器的发展状况以及电极材料的最新研究进展.目前有许多研究工作者都致力于改善超级电容器体系的能量密度,一个有效的途径是提高电容器电极材料的比电容,另一个途径则应用不对称混合型超级电容器体系,即一个电极采用电极活性炭电极...     

超级电容器用纳米二氧化锰的合成及其电化学性能

应用低温固相法和化学沉淀法制备4种用于电化学电容器的纳米级二氧化锰.由XRD、SEM和循环伏安等表征和测试其物化性能及电容特性.结果表明,该二氧化锰材料的颗粒尺寸约几十nm,在0.1 A.g-1电流密度下放电时产物的比电容最高,可达149F.g-1,二氧化锰的大倍率放电性能与其结构特征直接相关,材料的晶体结构越完整其大倍率放电性能越好.     

花球状BiOBr制备及其在超级电容器中应用

本工作采用溶剂热法制备了花球状BiOBr材料,利用XRD、XPS、SEM、TEM及低温N_2吸/脱附技术研究了材料的结构与形貌。在三电极体系中系统研究了制备材料的电容性质,结果表明:在2mol·L~(-1) KOH水溶液电解质中,在-1.2～0.2 V vs.SCE电压范围内,当电流密度为1 A/g时,质量比容量高达290 C/g,是一种极具潜力的储能材料。     

聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管制备及其超级电容器性能

利用苯胺原位化学聚合合成聚苯胺包覆碳纳米管(CNTs), 再炭化处理制备氮掺杂碳纳米管(NCNTs).激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子谱(XPS)分析及透射电镜(TEM)观察表明, 苯胺包覆碳纳米管经炭化处理后, 得到以碳纳米管为核、氮掺杂碳层为壳, 具有核-壳结构的氮掺杂碳纳米管, 而碳纳米管本征结构未遭破坏. 研究表明, 随着苯胺用量的增大, 氮掺杂碳纳米管的氮掺杂碳层变厚, 氮含量从7.06%(质量分数)增加到8.64%, 而作为超级电容器电极材料, 随着氮掺杂碳层厚度降低, 氮掺杂碳纳米管在6 mol·L^-1氢氧化钾电解液中的比容量从107 F·g^-1增大到205 F·g^-1, 远高于原始碳纳米管10 F·g^-1的比容量, 且聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管表现出较好的充放电循环性, 经1000次充放电循环后仍保持初始容量的92.8%~97.1%, 表明氮掺杂碳纳米管不仅通过表面氮杂原子引入大的法拉第电容和改善亲水性使电容量显著增大, 其具有的核壳结构特征也使循环稳定性增强。     

二氧化锰微米球制备及其于超级电容器的应用

利用KMnO4氧化MnCO3微米球前躯体制备MnO2微米球.X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安(CV)法等测试表明:该MnO2微米球由弱结晶α-MnO2构成,粒径为0.5~2μm.测试样品的MnO2微米球载量为5 mg.cm-2时,在2 mol.L-1(NH4)2SO4溶液中表现出良好的电容性能:其于2 mV.s-1的扫速下比电容达到了135.6 F.g-1;即使是100 mV.s-1的高扫速,比电容仍保持为118.8 F.g-1.500次循环过程中充放电效率保持在87.8%以上.第500次循环的比电容为110.5 F.g-1.     

介孔NiO制备及其在超级电容器的应用

应用金属有机配合物作前驱体,煅烧制备有稳定结构的介孔NiO电极.TEM孔径分布及电化学测试表明,该电极结构规整,平均孔径为30 nm.在2.0 A·g-1电流密度下,比电容为72 F·g-1.1000次循环后,几乎无衰减,而且其表面介孔结构相当稳定.     

超级电容器能量密度的提升策略

超级电容器最大的优点是具有优良的脉冲充放电性能和快速充放电性能,同时具有循环寿命长、工作温度范围宽、安全无污染等特性,但能量密度较低. 本文对超级电容器的工作原理、发展状况、缺陷所在和改进方法进行了简要介绍,以本课题组在高比能超级电容器方面的研究工作为主线,结合近几年的文献报道,重点阐述了超级电容器能量密度的提升策略. 主要围绕以下三个方面开展了工作：1）通过将电极材料尺寸纳米化来提高传统电极材料的比容量或开发其他高比容量的电极材料;2）发展具有高电压窗口的离子液体电解液,或利用不同材料在不同电位区间的电容特性构筑不对称电容器,从而提高超级电容器的电压窗口;3）将超级电容器和锂离子电池进行“内部交叉”构筑兼具高能量密度和高功率密度的锂离子混合电容器. 最后,对超级电容器的发展进行了展望.