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。     

聚吡咯在超级电容器中的应用

聚吡咯以其制备简单、掺杂可逆、环境友好、导电率高、比电容大、具有良好的成膜性而备受关注。特别是在作为超级电容器、二次电池等换能设备电极材料领域中前景广阔。文章简略地介绍了超级电容器的双电层电容和法拉第赝电容产生的机理,概述了近年来聚吡咯与金属氧化物、炭材料等通过化学法、电化学法以及界面化学法等新型手段制备聚吡咯电极的研究进展。     

基于碳纳米管的超级电容器研究进展

综述了基于碳纳米管及其复合材料作超级电容器的电极材料的研究现状,通过对碳纳米管的改性或与其它材料复合,能有效地提高电容器的电容特性。总结了近几年来在开发超级电容器电极材料领域中对碳纳米管的活化和提高碳纳米管的分散性技术、碳纳米管与过渡金属氧化物复合材料、碳纳米管与导电聚合物复合材料以及碳纳米管与石墨烯复合材料研究的进展。     

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.     

超级电容器用碳化物骨架碳/导电聚合物复合材料的研究进展

碳化物骨架碳是近年来开发的一种具有纳米结构的新型多孔碳材料。由于该材料比表面积大、孔径大小可调、表面化学结构稳定以及成本较低等优点,被认为是超级电容器的理想电极材料之一。骨架碳材料与金属氧化物的复合,或者与导电聚合物的复合,能够将双电层电容与法拉第电容结合,既可提高超级电容器的比电容,改变其充放电电压,又可以提高其循环...     

基于碳材料的超级电容器电极材料的研究

超级电容器作为一种新型的能源存储装置,因为其比容量大、充放电速度快、循环寿命长等优点,在储能领域引起了极为广泛的关注。电极材料是决定超级电容器性能的核心因素,其中,常用的超级电容器电极材料主要有如下三类:碳基材料、金属氧化物及氢氧化物材料和导电聚合物材料。本文综述了超级电容器的工作原理并详细介绍了基于碳材料及其二元、三元复合体系的电极材料的研究进展。     

超级电容器用镍锰基二元金属氧化物电极材料

赝电容电容器相比于双电层电容器拥有更高的比容量(大约10~100倍),由于在充电/放电过程中法拉第反应同时在电极材料表面和内部发生。因此,会产生更多电子,拥有更大的比容量。目前,赝电容电极材料的研究主要集中在金属氧化物和导电聚合物。镍锰基金属氧化物具有较高的理论比容量、成本低、无毒、环境友好等优点,但是其实际的电化学性能远低于理论值。因此,为了提升材料的电化学表现,研究者提出许多有效的策略,例如:制备不同种类金属氧化物作为电极材料;采用不同的工艺制备高比表面积的材料以及不同材料之间的复合产生协同作用等。本文综述了镍锰基二元金属氧化物(NiMnO₃、NiMn₂O₄和Ni₆MnO₈)作为赝电容电极材料在超级电容器上的应用进展,同时结合目前研究方法进一步提出未来金属氧化物电极材料方面的发展方向,为继续深入研究提供一定的指导作用。     

用于超级电容器电极材料的石墨烯基纳米复合物的种类和研究现状

超级电容器是目前研究较多的新型储能元件,其大的比电容、高的循环稳定性以及快速的充放电过程等优良特性,使其在电能储存及转化方面得到广泛应用。超级电容器的电极材料是它的技术核心。石墨烯作为一种新型的纳米材料,具有良好的导电性和较大的比表面积,可作为超级电容器的电极材料。利用其他导电物质对石墨烯进行改性和复合,可以在保持其本身独特优点的同时提高作为电极材料的导电率、循环稳定性等其他性能。本文从半导体/石墨烯复合材料、金属及金属氧化物/石墨烯复合材料、石墨烯/导电聚合物复合材料3个方面综述了复合改性后的石墨烯在超级电容器电极材料方面的研究进展。通过对各复合物电极材料的制备方法和性能的对比分析,指出石墨烯基复合物作为超级电容器的电极材料的未来研究内容是开发低成本、高比容量和高循环稳定性的复合物。     

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.     

新型超级电容器的研发进展

传统超级电容器受低能量密度的限制,在当今器件研发中需更加关注电极材料结构-组成-性能研究。 本文总结了新型赝电容器的发展历程及其研发过程中存在的挑战与解决措施,着重从胶体离子超级电容器电极材料等新型的电极材料和氧化还原电解质两个方面进行综述。 原位合成的胶体离子超级电容器电极材料比非原位合成的电极材料具有更高的反应活性,并且以近似离子的状态存在,有效增加了电极材料的比容量。 氧化还原电解质的使用在不改变电极材料的前提下,进一步提高了超级电容器的能量密度。 初步介绍了新型锂离子电容器。 锂离子电容器同时使用电池型材料和电容型材料,可提高其能量密度。 依据当前超级电容器的研发现状,未来有望将电池材料和电容器材料结合使用,进而形成电池电容器或电容电池,使其同时具有高的能量密度和功率密度。     

二维纳米片层孔洞化策略及组装材料在超级电容器中的应用

功率密度高、倍率性能优异和循环性能好等特性使得超级电容器在储能领域显示了巨大的应用前景。尽管二维层状材料剥离形成的纳米片层不仅可为电化学反应提供独特的纳米级反应空间,而且由其组装的层状纳米电极材料具有化学和结构上的氧化还原可逆性及纳米片层水平方向上离子或电子快速传输通道。但是,纳米片层组装电极材料在纳米片层垂直方向上离子或电子传输存在障碍,对于超级电容器功率密度和能量密度的提高及实现快速能量储存非常不利。因此,如何通过改善离子或电子的快速传输,实现超级电容器大功率密度下的高能量密度是超级电容器电极材料发展的方向之一。本文主要综述了二维层状材料剥离成纳米片层,纳米片层孔洞化策略及组装孔洞化材料在超级电容器电极材料中的应用。纳米层孔洞化技术是改善层状电极材料在纳米片层垂直方向离子或电子传输的有效手段,为实现高比电容下的高倍率性能超级电容器电极材料制备提供了方法学。最后,对开发大功率密度下的高能量密度超级电容器电极材料提出了展望。     

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.     

超级电容器用炭/导电聚合物复合材料*

炭/导电聚合物复合材料是近年来发展起来应用于超级电容器的一种新型电极材料。炭材料与氧化物的复合材料,或者炭材料与导电聚合物的复合材料,能够将双电层电容与法拉第电容结合,既可提高超级电容器的比电容,改变其充放电电压,又可提高其循环性能。本文综述了近年来国内外各种炭材料,如活性炭,碳纳米管等与导电聚合物复合材料的研究进展,认为炭与导电聚合物的复合材料,尤其是性能优良的炭气凝胶,模板法制备的中孔炭,以及由金属或非金属碳化物与氯气等刻蚀剂反应制备的骨架炭与导电聚合物的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。     

导电聚合物超级电容器电极材料*

导电聚合物（聚苯胺,聚吡咯,聚噻吩）作为超级电容器电极材料的研究引起了人们广泛的兴趣,该类材料制备的超级电容器具有成本低、容量高、充放电时间短、环境友好和安全性高等优点。本文综述了近年来基于导电聚合物及其与无机材料（碳材料/金属氧化物材料）复合所得电极材料在超级电容器中的应用进展,指出具有纳米结构导电聚合物材料及导电聚合物与无机纳米材料的复合是超级电容器电极材料研究的重要发展方向。     

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。     

高性能碳基与过渡金属化合物基超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器因其在电动车和便携式设备上巨大的应用潜力而受到广泛关注. 电极材料是超级电容器的关键组成部分, 决定了超级电容器性能的好坏. 近来大量研究以碳材料和过渡金属化合物作为电极材料. 然而, 碳材料电容值极小与过渡金属化合物导电性和稳定性差, 极大地限制了它们在超级电容器中的应用. 本综述重点介绍了我们课题组近年来在设计、可控制备及优化碳材料与过渡金属氧/氮化物电容性能的相关研究工作, 并讨论了材料构效关系及其调控机理. 最后对碳材料和过渡金属化合物作为电极材料的日后研究进行了展望.     

超级电容器用石墨烯/金属氧化物复合材料

超级电容器是一种具有高功率密度和长循环寿命的新型储能装置,碳材料、金属氧化物和导电聚合物是常见的三种超级电容器电极材料。在石墨烯/金属氧化物复合材料中,石墨烯和金属氧化物可以发挥各自的优点,结合石墨烯优异的循环稳定性能和金属氧化物的高容量特性,纳米复合材料的综合性能可以得到很大地提升。因此,石墨烯/金属氧化物复合物的研究是超级电容器领域的热点研究方向之一。本文以金属氧化物的种类、石墨烯的结构和复合物的制备方法为线索,综述了国内外应用于超级电容器方面的石墨烯/金属氧化物复合材料的研究进展,归纳总结出与石墨烯复合最优的金属氧化物类型和制备方法,并进一步对该类复合材料的发展趋势进行了展望。     

超级电容器用细菌纤维素基电极材料

超级电容器由于能提供比电池更高的功率密度,比传统电容器更高的能量密度而备受关注。但目前其应用仍存在能量密度低的问题。碳材料、金属氧化物和导电聚合物是常见的三种超级电容器电极材料,而其中不同形式碳材料是电容器中研究和应用最广泛的电极材料。细菌纤维素是由细菌分泌产生的具有一定纳米级孔径分布的多孔生物材料,具有高强度和模量、高孔隙率、极好的尺寸和热稳定性的特性。以细菌纤维素为原料制备电极材料是近年来超级电容器领域的热点研究方向之一。本文以细菌纤维素基电极材料的种类、制备方法和性能为线索,综述了国内外细菌纤维素基超级电容器电极材料的研究进展,并归纳总结了电极材料最优的形态和制备方法,进一步对该类电极材料的发展趋势进行了展望。     

二氧化锰与二维材料复合应用于超级电容器

现如今世界正面临着与能源相关的一系列问题与挑战,科学家们致力于研究绿色高性能的能量存储器件以适应当前乃至以后长久可持续创新发展的需要。超级电容器作为一种新型的绿色能源储存装置,具有功率密度大、理论比电容高、充放电速度快、循环寿命长、安全性高、环境友好且经济等优点,为人类解决能源危机提出了可能。电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。近些年,由于二氧化锰基超级电容器具有理论比电容高、化学稳定性好、环境友好等特点被广泛研究。同时多种二维材料也继石墨烯后被相继用作超级电容器电极材料,具有二维结构特征材料在提高双电层电容器的能量密度、改善赝电容电容器方面发挥着重要作用。实现高比电容和高倍率性能,将二氧化锰与二维材料复合将不失为一个有前景的选择。本文系统介绍了以石墨烯为代表的各类二维材料与二氧化锰复合物在超级电容器中的应用研究,并聚焦于这些二维材料与二氧化锰复合后所展现的优异电化学性能。     

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...