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。     

蟹壳基氮/氧共掺杂多孔炭的原位制备及其超级电容器性能

采用废弃蟹壳为碳源,KOH为活化剂原位制备了氮/氧共掺杂多孔炭,并研究其作为电极材料在超级电容器中的应用。 固定蟹壳与KOH的质量比为5:3,考察了煅烧温度对所得炭材料产率、孔结构和氮氧含量的影响。 结果表明,蟹壳基炭材料的孔结构和氮/氧含量可通过改变煅烧温度调变。 随着煅烧温度从500 ℃上升至700 ℃,多孔炭的比表面积和孔体积逐渐增大,而氮/氧含量随温度升高则降低。 采用循环伏安和恒流充放电对所得材料的电化学性能进行测试。 结果表明,所得多孔炭的电化学性能取决于其孔结构与氮/氧表面性质的协同作用,其中煅烧温度为600 ℃所得的多孔炭比表面积为612 m²/g,氮和氧含量分别为3.53%和32.8%,在50 mA/g的电流密度下比电容达到310 F/g,循环1000次比电容仍然保持95%以上,展现出良好的电化学性能。     

花瓣状Co-Al双金属硫化物/泡沫镍电极材料的制备及其超级电容性能的研究

采用低成本的两步水热法直接将Co-Al双金属硫化物生长在泡沫镍上,成功制备了CoAl₂S₄/Ni电极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试等手段对其结构、形貌和超级电容性能进行了表征。结果表明,CoAl₂S₄/Ni电极材料呈现花瓣状的三维多孔结构,且表面粗糙,这种结构有利于电解液和电极材料的充分接触,具有良好的导电性和比电容性能;当电流密度为1A/g时,电极的放电比容量高达2187.1 F/g, 循环100次后比电容的保持率为90.1%,相关研究为超级电容器电极材料的制备及性能研究提供思路。     

基于聚多巴胺的氮掺杂碳材料的制备及其电化学性能

多孔碳材料由于高的比表面积、优异的电子传导率、良好的化学稳定性等优点在超级电容器电极材料领域被广泛研究。 碳材料的组成及表面孔结构直接影响其电化学性能,为进一步提高碳材料的电容性能,本文首次以聚多巴胺球为前体,KOH为活化剂,通过高温碳化成功制备了良好电化学性能的氮掺杂多孔碳材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱等对所制备的氮掺杂多孔碳材料进行了形貌及结构组成的表征。 在6 mol/L KOH电解液中, 采用循环伏安、恒电流充放电对多孔碳材料的电化学性能进行了研究。 结果表明,由于双电层电容和赝电容的协同作用,在电流密度为1 A/g时,材料的比电容可达269 F/g,充放电循环1000圈后电容仍可保留初始值的93.5%。     

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.     

功能化碳纳米管膜负载聚(2,5-二羟基-1,4-苯醌硫)柔性电极的制备及在柔性非对称超级电容器中的应用

通过对碳纳米管(CNT)膜进行重氮化处理,制备对氯苯胺修饰碳纳米管(pca-CNT)膜,并以pca-CNT膜为基底,原位缩聚生长聚(2,5-二羟基-1,4-苯醌硫)(PDBS),构筑pca-CNT负载PDBS(pca-CNT@PDBS)柔性电极。采用场发射扫描电镜、透射电镜、能谱仪、傅里叶红外光谱和光电子能谱等表征了pca-CNT@PDBS电极材料的形貌和结构,研究了CNT膜功能化之后对电极材料结构及电化学性能的影响。研究表明,当电流密度为1mA/cm~2时,pca-CNT@PDBS柔性电极的比电容达到108.0mF/cm~2,明显高于PDBS电极材料(65.6mF/cm~2)和纯碳纳米管膜负载的PDBS(CNT@PDBS,83.2mF/cm~2)。分别以pca-CNT@PDBS、CNT@PDBS为柔性正极,以CNT膜负载的聚(1,5-二氨基蒽醌)(CNT@PDAA)为柔性负极,与丙烯酸酯橡胶/四乙基四氟硼酸铵-乙腈准固态电解质(ACM/Et4NBF4-AN)匹配组装,得到柔性有机非对称超级电容器。当电流密度为2mA/cm~2时,pca-CNT@PDBS//ACM/Et4NBF4-AN//CNT@PDAA的比电容为79.6mF/cm~2;当功率密度为63.5 mW/cm3时,其能量密度达到1.63 mW·h/cm3。CNT@PDBS//ACM/Et4NBF4-AN//CNT@PDAA在循环7 500次以后,比电容保持率仅为30.5%,而pca-CNT@PDBS//ACM/Et4NBF4-AN//CNT@PDAA循环充放电8 000次后,比电容保持率为80.5%,循环稳定性较前者大幅提高。     

立方体咪唑骨架衍生镍钴氢氧化物的微波制备及其电化学性能

采用微波辅助加热法,以类沸石二甲基咪唑钴（ZIF-67）为模板和钴源,快速制备了三维中空结构的镍钴氢氧化物（Ni-Co LDH）。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）、透射电子显微镜（TEM）和比表面积及孔径分析仪（BET）探究了微波反应时间对材料形貌、结构的影响;通过循环伏安法（CV）、恒电流充放电（GCD）曲线和电化学阻抗谱（EIS）分析了材料的电化学性能。结果显示,Ni-Co LDH-15 min电极材料的电化学性能最优：在0.5 A/g时,比电容高达2371.0 F/g;电流密度扩大20倍,材料具有较好的倍率性能（78.5%）。以镍钴氢氧化物为正极,活性炭为负极组装成非对称式超级电容器,在功率密度为448.05 W/kg时,能量密度高达19.17 W·h/kg,且循环5000圈后电容保持率高达88.7%,表明镍钴氢氧化物是一种具有优异电化学性能和实际应用潜力的超级电容器电极材料。     

电容温度传感器的实验研究

从液氮温度到水的沸点温度范围内,测量了介质分别为钽,涤纶,陶瓷,玻璃釉和陶瓷独石一体化结构的商用固体电容器的电容量-温度之间的关系.拟合测量结果表明,独石陶瓷电容器在正温度段具有较好的线性响应(-10pF/℃),灵敏度(0.1 ℃)和精确度(标准差为0.016);而涤纶电容器在负温度段的特性较好( 17pF/℃,0.06 ℃和0.01).此外,在约0.5特斯拉的恒定磁场作用下,无论在正或负温度段,上述测得的电容量-温度关系几乎不受影响.因此,本研究对开发抗强电磁场,自加热效应小或导热系数小的低温测温器具有较大的参考价值.     

超级微波消解－石墨炉原子吸收光谱法测定香菇中的镉

为建立一种快速批量检测香菇中镉的方法,建立了超级微波消解－石墨炉原子吸收光谱法测定香菇中镉含量的方法。分别采用湿法消解、普通微波消解和超级微波、传统微波和湿法消解技术前处理香菇标准物质样品,对比消解效果,优化超级微波消解技术的酸体系和消解最终温度。;采用石墨炉原子吸收光谱仪法测定,优化基体改进剂、灰化温度等工作参数,确定仪器最佳检测条件,验证分析方法的准确性和稳定性。结果表明,超级微波消解优于湿法消解和传统微波消解技术,准确性和重复性最佳,大幅减少用酸量的同时更加安全、高效,避免样品污染。在最优分析方法条件下,镉在0~4.0 μg/L范围内所得回归方程线性关系良好,相关系数(R)为0.9994,方法检出限为0.001 mg/kg,精密度RSD为1.4%~2.5%。超级微波消解－石墨炉原子吸收光谱法检测的探索与应用超级微波消解优于湿法消解和传统微波消解技术,大幅减少用酸量的同时更加安全、高效,避免样品污染,为农产品镉含量批量检测提供可靠的方法支撑。     

增敏剂改进超级微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定食品中硒元素

合适比例增敏剂会对超级微波消解-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定食品中硒元素含量具有一定的优化效果。本文采用超级微波消解仪对1.0 g食品样品进行全消解,采用碰撞池模式规避质谱干扰,内标校正非质谱干扰,选择甲醇、乙醇、乙酸、异丙醇、丙三醇作为增敏剂,并调整测试过程中的添加比例,用电感耦合等离子体质谱法测定。结果表明：2%异丙醇存在时硒元素各同位素响应值最高,其中78Se具有低至0.0003 mg·kg-1的方法检出限;用以上方法对食品标准物质（GSB-8、GSB-9、GSB-24、GSB-30）及实际样品进行分析,标准物质测定值均在其认定值及不确定度范围内,相对误差小于-5.4%;实际样品测定值的相对标准偏差（n=7,RSD）为0.3~1.7%,加标回收率为99.2~105%。本方法操作简便,精密度好,准确度高,可以作为各类食品样品中硒含量测试方法。