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当期目录

    2017年 第23卷 第5期    刊出日期:2017-10-28
    目次
    第23卷第5期封面和目次
    2017, 23(5):  0. 
    摘要 ( 534 )   PDF (1855KB) ( 407 )  
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    超级电容器近期研究专辑(南京航空航天大学 张校刚教授主编)
    《超级电容器》专辑序言
    张校刚
    2017, 23(5):  495-496.  doi:10.13208/j.electrochem.170340
    摘要 ( 935 )   PDF (117KB) ( 457 )  
    相关文章 | 计量指标
    超级电容器因具有高功率密度、长循环寿命和使用温度范围宽等显著优势,已成为化学电源产业内新的亮点。作为一种大功率储能器件,超级电容器在轨道交通、现代通讯、航空航天、国防等战略新兴领域具有广泛的应用前景,全球需求量迅速增长。目前,限制超级电容器规模应用的关键问题是其能量密度偏低以及成本过高。如何在保证其高功率密度和长循环寿命优势的前提下,提高超级电容器能量密度并降低其成本是当今研究的热点。近年来,全球的超级电容器研究者针对这一关键问题,从电极材料设计、新型电解液开发及器件构筑等方面开展了一系列的工作,从理论研究到工程应用都取得了重要的突破。本刊邀请了超级电容器领域内具有丰富研究经验的8个团队撰写了8篇关于超级电容器的综述或者研究论文,介绍了当前超级电容器领域的研究现状、发展趋势和所面临的挑战,希望籍此能使广大读者更加深入了解超级电容器这一领域,并共同推动我国超级电容器相关研究的进一步发展。在此,对本专辑的所有作者、审稿人及编辑部工作人员的卓有成效的工作和付出表示衷心的感谢!
    基于阴离子-石墨嵌层化合物的电化学电容器
    王宏宇,樊慧,王小红,齐力
    2017, 23(5):  497-506.  doi:10.13208/j.electrochem.170343
    摘要 ( 762 )   PDF (1616KB) ( 1082 )  
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    石墨可以在高电势下电化学可逆存储阴离子,有望在高电压储能器件中担当正极材料.本文介绍了基于阴离子-石墨嵌层化合物型正极材料的高比能电容器的研究进展,剖析了影响电容器性能的各方面因素,探讨了一系列表征相关电极材料储能机制的方法和手段,揭示了溶剂化效应对阴离子插嵌石墨正极电化学行为的关键性作用.并进一步概述了该种正极材料近年来在新型储能器件-双离子电池中的发展态势,展望了其应用前景和即将面临的潜在问题.

    超级电容器能量密度的提升策略
    郎俊伟,张旭,王儒涛,阎兴斌
    2017, 23(5):  507-532.  doi:10.13208/j.electrochem.170348
    摘要 ( 3038 )   PDF (10091KB) ( 1871 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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.
    提高电容性电化学储能装置能量容量的一些尝试
    余林颇, 陈政
    2017, 23(5):  533-547.  doi:10.13208/j.electrochem.170347
    摘要 ( 1058 )   PDF (2211KB) ( 905 )  
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    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.
    氢氧化钾活化制备超级电容器多孔碳电极材料
    叶江林,朱彦武
    2017, 23(5):  548-559.  doi:10.13208/j.electrochem.170341
    摘要 ( 1802 )   PDF (4965KB) ( 1594 )  
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    具有高比表面积、良好导电性的多孔碳材料在超级电容器中有着广泛的应用前景. 大量的研究工作致力于通过物理或者化学手段合成并调控多孔材料的微观结构. 在众多多孔碳材料的制备方式中,氢氧化钾作为一种高效的活化剂,常用于制备具有良好孔径分布和高比表面积多孔碳电极材料. 本文主要结合作者课题组的研究工作,着重概述利用氢氧化钾活化sp2碳纳米材料制备多孔碳材料的机理过程、结构形貌的转变以及所得材料的电化学性能,希望对发展新型的高性能基多孔碳材料的超级电容器电极材料有所帮助.

    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
    林 顿,张熙悦,曾银香,于明浩,卢锡洪,童叶翔
    2017, 23(5):  560-580.  doi:10.13208/j.electrochem.170342
    摘要 ( 1038 )   PDF (2821KB) ( 916 )  
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    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.

    水系锌离子电容器
    赵井文,李佳佳,韩鹏献,崔光磊
    2017, 23(5):  581-585.  doi:10.13208/j.electrochem.170344
    摘要 ( 1867 )   PDF (822KB) ( 1043 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    本文首次提出了一种水系锌离子电容器的新型储能体系,其中以五氧化二钒(V2O5)为正极,具有高比表面积的活性炭(AC)为负极,以及三氟甲基磺酸锌(Zn(TfO)2)为电解质. X射线衍射(XRD)证明二价锌离子作为电荷载体,可以在五氧化二钒(V2O5)中进行可逆的嵌入与脱出. 该锌离子电容器的电位窗口可达1.4 V,具有良好的倍率特性及循环稳定性. 电流密度为1000 mA·g-1 时,电容器的比能量密度为4.5 Wh·kg-1,功率密度可达181 W·kg-1. 本工作为发展新型基于多价离子电化学电容器提供了新思路和新方法.

    高能量密度的锂离子混合型电容器
    孙现众, 张熊, 王凯, 马衍伟
    2017, 23(5):  586-603.  doi:10.13208/j.electrochem.170346
    摘要 ( 1365 )   PDF (4595KB) ( 1569 )  
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    锂离子混合型电容器兼有锂离子电池和超级电容器的优点,在电化学储能领域具有广泛的应用前景. 但其产业化仍存在一系列的基础及工艺方面的问题,具体包括器件结构设计、电极材料筛选、预嵌锂工艺和电解液与电极的界面等. 本文结合作者课题组的研究工作介绍了近年来高能量密度的锂离子混合型电容器的研究进展,内容涉及锂离子电容器正/负极材料的筛选、预嵌锂工艺的优化、内并联结构的锂离子电池型超级电容器复合正极组成材料的调控、隔膜的选择、电解液的组成、以及器件的高/低温性能,分析了锂离子电容器的容量衰减机制,探讨了锂离子电池型超级电容器的储能机制,提出了未来对高能量密度的锂离子混合型电容器研究的展望.

    氮掺杂碳片的模板诱导制备及其在超级电容器中的应用
    黄涛,陶广智,杨重庆,鲁登,马列,吴东清
    2017, 23(5):  604-609.  doi:10.13208/j.electrochem.170345
    摘要 ( 968 )   PDF (1657KB) ( 605 )  
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    兼具有优良的导电能力,高的比表面积和极佳的化学/机械稳定性,具有二维形貌的纳米碳材料近年来逐渐成为超级电容器电极材料的研究热点. 我们在此首次报道一种模板诱导方法以制备具有规整片状形貌的氮掺杂碳材料. 我们将作为硬模板的片状镁铝双金属氢氧化物与熔融的邻苯二胺混合后加入三氯化铁催化剂,进而通过加热使邻苯二胺聚合并碳化,随后刻蚀除去其中的氧化物成分即可以得到具有规整六边形片状氮掺杂碳材料. 通过改变碳化时的温度,可以有效的调节利用该方法所得到的氮掺杂碳片的形貌、结构、石墨化程度、氮含量以及比表面积. 更重要的是这些氮掺杂碳片在用作超级电容器电极材料时体现出优异的电化学性能,在0.5 A·g-1的电流密度下其比容量可以达到290.0 F·g-1的. 在1 A·g-1的电流密度下经过10000周循环测试后,其容量仍然可以达到初始值83%.

    研究论文
    纤维素微孔锂电隔膜的制备及性能研究
    罗化峰,乔元栋
    2017, 23(5):  610-616.  doi:10.13208/j.electrochem.160723
    摘要 ( 1463 )   PDF (1749KB) ( 1315 )  
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    为了改善锂电隔膜的亲液性和耐高温性,以醋酸纤维素为成膜材料,利用相转化法制备了新型锂电隔膜,通过形貌和孔道结构表征、亲液性能和耐热性能测试对醋酸纤维素隔膜的基本性能进行研究,并将该隔膜装配成锂离子电池进行充放电性能测试. 结果表明,醋酸纤维素隔膜具有均匀的微孔结构,孔隙率达到65%,约为传统聚烯烃隔膜的1.5倍;纤维素材料的良好亲液性和高孔隙率结构改善了隔膜的吸液性能,其吸液率达到285%;该隔膜在150 oC、30 min的热处理条件下未发生明显的热收缩. 鉴于上述优点,相对于市售PE隔膜,醋酸纤维素隔膜所装配锂离子电池显示出更优的循环性能和倍率性能.

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    庄 林
    2017, 23(5):  617-618. 
    摘要 ( 553 )   PDF (203KB) ( 533 )  
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