電容器電極材料的案例
一步電沉積法制備Ni3S2納米片陣列作為高性能非對稱超級電容器的電極
過渡金屬硫化物因其較小的能帶和較高的導電性被廣泛應用于電極材料。其中硫化鎳因其具有很高的理論容量，被認為是一種極具潛力的電容器電極材料。
最近，渤海大學許家勝課題組與吉林大學劉曉旸課題組合作在Science China Materials上發表文章，介紹了一步電沉積法制備了Ni3S2納米片陣列超級電容器電極. Ni3S2納米片彼此互連能夠為電子傳導提供快速通道, 有利于電子與離子傳輸, 提供了豐富的贗電容反應位點.
圖1 Ni3S2納米片陣列的制備
采用不同電沉積次數探究了不同負載量的Ni3S2對其電化學性能的影響. 性能最好的Ni3S2電極在
1?A/g
下展示出
773.6?F/g
的單位比電容, 在
10?A/g
時具有84.3%的優異倍率性能. 組裝的非對稱超級電容器(Ni3S2//rGO)表現出優良的使用性能.
圖2 Ni3S2基超級電容器
這些結果表明了所制備的Ni3S2超級電容器電極材料具有廣闊的應用前景. 電沉積法控制Ni3S2負載量的策略能夠為電極材料制備提供一種新思路.
本工作近期發表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9361-0
來源：中國科學材料
展開 《AFM》一種用于柔性超級電容器的3D多孔蜂窩狀納米片集成電極
其中，柔性超級電容器(SCs)因其超高功率密度、長循環壽命、柔性、安全性和高效率而引起了最大的科學興趣。另一方面，過渡金屬氮化物（TMNs）被認為是高性能儲能器件的潛在電極材料。然而，電化學反應過程中的結構不穩定性嚴重阻礙了它們的廣泛應用?？朔@一障礙的一般方法是在導電基底上制備納米復合材料TMN。
來自中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所的研究人員，報道了一種蜂窩狀的CoN-Ni3N/N-C納米片通過溫和溶劑方法和氮化后處理在柔性碳布上原位生長。作為超級電容器的集成電極，優化后的CoN-Ni3N/N-C/CC由于其固有電導率的提高和活性位點濃度的增加而獲得了顯著的電化學性能。特別是，由CoN-Ni3N/N-C/CC陰極和VN/CC陽極組裝而成的柔性準固態不對稱超級電容器提供了106 μWh·cm-2的出色能量密度、40mW·cm-2的最大功率密度以及出色的循環穩定性。這項研究為使用新型金屬氮化物構建高性能柔性儲能器件提供了新的視角。相關論文發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202103073
圖1| a)CoN-Ni3N/N-C/CC合成工藝示意圖，b–d)Ni-Co LDH/CC和e–g) CoN-Ni3N/N-C/CC在不同倍率放大的SEM圖像。
圖2|（a-c）納米片的透射電鏡和（d）HRTEM圖像；e) SAED模式，f) EDX。
圖3| a)可伸縮電極的XRD圖案，b) XPS測量光譜。
展開 1T相MoSe2電極——高性能埋入式高頻超級電容器
近日，清華大學深圳研究生院楊誠課題組首次實現了金屬相二維過渡金屬硫族化物(transition metal chalcogenides, TMDs)基的SC技術，發現這一技術同時具備高容量、超越AEC的高頻率響應性以及超長壽命的特點，并以此裝配出可以實現埋入式操作的超薄微型電容器（embedded SC），對于未來高度集成的電子系統對與濾波、旁路、調頻等的功能應用展現出很好的前景。在制作工藝上，首先采用液相機械剝離法將厚度微米級的二硒化鉬(MoSe2)粉末剝離成寡層二維納米片；其次，通過靜電噴涂技術在超薄金屬集流體上均勻沉積電極；繼而使用紫外納秒激光激光器（波長355 nm）將半導體相（2H相）MoSe2通過光化學過程轉化為金屬相（1T）材料。本文通訊作者為楊誠教授，江智、王洋、袁碩果為第一作者。
Figure 2 電容器單電極的加工過程。
(a) 液相機械剝離過程(b)靜電噴涂過程(c)激光誘導相轉變過程
金屬相MoSe2材料具備優異的導電性，有利于電子在二維材料薄膜上的傳輸。同時，利用二維材料具很大的比表面積和激光加工所引入的豐富的缺陷結構，有利于提高電解質離子的吸附脫附和高速穿梭。使得基于該1T相MoSe2電極構建的超級電容器同時實現了良好的高頻率響應以及高容量性能。在離子液體電解液中，基于金屬相MoSe2制備超級電容器實現了超長穩定性，在10 V/s掃速下經歷一百萬圈循環后，其容量仍然保持在121.4%。
Figure 3 超級電容器單電極的性能表征。
展開 Acta Materialia：多孔MnCo2O4納米棒/Ni泡沫電極用于不對稱超級電容器
【引言】
超級電容器由于其功率密度高，充放電速度快，循環壽命長，環境友好，低成本和多樣化配置而被認為是新興的能源轉換和存儲設備。具有多孔結構的材料是理想的集流體，因為它可以有效地擴大電極材料的比表面積和表面積-體積比，縮短電極和電解質之間的電子傳輸路徑和離子傳輸，并且在電荷存儲過程中提供更易接近的法拉第反應活性位點。若納米結構材料直接在集流體或導電基體上生長，可以有效避免聚合物粘結劑和導電劑的添加，這樣不僅大大增加了導電基底上活性材料的性能，還有效地增加了集電器和有源元件之間的接觸面積。因此，直接在集流體上生長納米結構材料能顯著增強超級電容器的電化學性能。目前有多種制備電極材料的方法，如水熱法，化學氣相沉積法，熔鹽法等，但這些方法都較為復雜且耗時，這無疑增加了超級電容器的成本。因此開發一種高效且環保的納米結構電極材料新型制備方法仍然是一項艱巨的任務。
【成果簡介】
近日，渤海大學許家勝副教授和吉林大學劉曉旸教授（共同通訊）的研究團隊在Acta Materialia發表了一篇題為“Fabrication of the porous MnCo2O4 nanorod arrays on Ni foam as an advanced electrode for asymmetric supercapacitors”的文章。在這篇文章中，他們采用一種簡便的合成方法，通過在室溫下進行共沉淀反應以及后續熱處理，成功在三維Ni泡沫（PMCN @ NF）上生長了多孔MnCo2O4納米棒陣列，其能作為不對稱超級電容器的先進電極。該電極具有845.6 F g-1的良好電容（測試條件：1 A·g-1），經過2000次循環測試后，仍有90.2％的初始電容保持率。
展開 
陰離子和陽離子取代過渡金屬氧化物納米片電極實現高性能雜化超級電容器
2.這種自支撐的電極表現出優異的電化學性能。
3.不同金屬元素的協同作用和結構特征共同促成了其優異的電化學性能。
4.組裝的ZnNiCo-P//PPD-rGOs雜化超級電容器在960?W??kg?1的功率密度下實現了60.1?W?h??kg?1的高能量密度
【前言】
隨著對可再生能源需求的不斷增長和對全球環境問題的日益關注，最近人們已經投入了巨大的努力來開發高效的能源存儲設備。超級電容器(SCs)具有快速充放電速率、高功率密度、長壽命的顯著優點，也被稱為電化學電容器，被廣泛認為是儲能裝置的潛在備選，在大功率電子裝置、應急電源和混合動力電動汽車等各種應用中具有可觀的前景。相對于傳統的雙電層超級電容器（EDLCs），由電容電極和電池型電極組成的雜化超級電容器（Hybrid supercapacits ,HSCs）能實現更高的能量密度和功率密度，這主要是由電池型電極更高的容量和電極對更寬的電壓窗口引起的。HSCs顯示出比雙電層電容器(EDLCs)高至少一個數量級的超凡電容和能量密度，這為改善SCs提供了一種有希望的策略。HSCs的性能很大程度上依賴于其電池型正極材料的性能，因此實現HSCs優異性能的關鍵是尋找和設計合適的正極材料。
【成果簡介】
近日，來自南京工業大學的吳宇平教授和廈門大學張橋保助理教授以及王鳴生教授（共同通訊）聯合在Nano Energy上發表文章，題為“Anion and cation substitution in transition-metal oxides nanosheets for high-performance hybrid supercapacitors”。
展開 《先進材料》高溫電容器介質薄膜重要進展！
日前清華大學電機系李琦副教授、何金良教授及合作者在《先進材料》（Advanced Materials）期刊上發表了題為《一種顯著提高聚合物電介質高溫儲能特性的通用化、高通量、環境友好的制備方法》（A Scalable, High-Throughput and Environmentally Benign Approach to Polymer Dielectrics Exhibiting Significantly Improved Capacitive Performance at High Temperatures）的研究論文。該論文提出了一種可規?；母邷鼐酆衔?em>電容器薄膜制備方法，可大幅提高聚合物電容器薄膜在高溫下的介電儲能特性，有望與現有聚合物電容器薄膜制備生產線相結合實現產業化，解決電容器在電力電子、航空航天和電動汽車電控系統中面臨的過熱損壞難題。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201805672
電介質電容器具有極快的充放電效率和超高的功率密度，是一類極其重要的功率型儲能器件，在電網調頻、電磁武器、電力電子變換器、新能源汽車以及脈沖功率系統中發揮著關鍵作用。然而以聚合物電介質材料為主體的薄膜電容器熱穩定性差，無法在高溫環境下穩定工作。尤其在高電場作用下，溫度升高會導致聚合物電介質內部泄漏電流呈指數上升趨勢，造成充放電效率及儲能密度急劇下降，無法滿足應用需求。更嚴重的是，泄漏電流轉變成焦耳熱，使電容器溫度持續上升，最終損壞。
長期以來，國內外學者主要通過納米摻雜來提升電容薄膜的高溫介電儲能性能，但目前無法實現規?；苽浼皯?。工業界的解決方法是引入冷卻系統將工作環境溫度降至電介質材料最高使用溫度以下。
展開 《自然·通訊》嵌段共聚物制備的多孔碳纖維贗電容電極
該碳纖維作為贗電容器電極材料基底，在電極中同時實現了高載量的活性物質以及極低的電子/離子傳導阻力。在7 mg/cm2活性物質載量下，實驗測得二氧化錳在碳纖維上的活性達到了理論值的84%。 該研究成果目前以題為“Block Copolymer Derived Uniform Mesopores Enable Ultrafast Electron and Ion Transport at High Mass Loadings”的論文發表于Nature Communications，第一作者為劉田宇博士后。
本工作的亮點在于利用嵌段共聚物的自組裝（圖1），從分子層面上設計了多孔贗電容電極基底材料，并同時獲得了通常互斥的兩個電極性能——高載量和快速離子、電子傳輸能力。作者利用可逆加成-斷裂鏈轉移聚合（RAFT）合成了PAN-b-PMMA嵌段共聚物，然后利用靜電紡絲技術（electronspinning）將PAN-b-PMMA轉化為聚合物纖維。在第一步加熱（280°C）過程中，PAN-b-PMMA 發生相分離并實現納米級自組裝，形成了無規則雙連續的PAN和PMMA相。同時，空氣中的氧氣促進PAN分子間成環交聯從而保證了高碳產率。后續高溫灼燒將PAN碳化生成相連的碳纖維骨架，而PMMA則完全分解形成互相聯通的介孔。不同于傳統的PAN以及通過軟、硬模板法制備的碳纖維，由PAN-b-PMMA生成的多孔碳纖維的介孔孔徑均一，孔孔相互聯通，且均勻分布于整個碳纖維 。該獨特的孔結構使得該多孔碳納米纖維成為高性能贗電容電極基底材料。大量的介孔為附載高質量的贗電容活性材料提供了豐富的活性表面；連續的碳骨架為電子提供了快速的傳導通道；相互連通的介孔有利于贗電容活性材料在碳纖維內部沉積并加速離子在孔內的傳導。
圖1. 負載MnO2的多孔碳纖維電極制備示意圖。
展開 Rev.》綜述: 儲能電容器用全有機聚合物介電材料的進展與展望
2021年12月23日，清華大學電機系先進能源電工材料與器件實驗室（AEEMD）黨智敏教授團隊在國際頂級期刊Chemical Reviews（影響因子60.622）發表題為Recent Progress and Future Prospects on All-Organic Polymer Dielectrics for Energy Storage Capacitors綜述文章，總結了電容器用全有機介質薄膜材料以及相關計算策略的研究進展。
圖1 圖片摘要
聚合物基儲能電容器因其具有極高的功率密度，已廣泛應用于現代電子電氣系統，如分布式電源系統、大功率脈沖應用、微波通信、電動汽車、地下油氣勘探等。為了提高聚合物薄膜電容器的能量密度，研究人員提出了許多策略，包括無機/有機復合材料、核殼結構填料和多層結構的復合材料。然而，上述實驗室制備的聚合物基復合材料由于工藝復雜、機械性能差等限制，目前還無法滿足實際工業生產的要求。與受到廣泛關注的聚合物納米復合材料相比，全有機聚合物已被證明是大規模工業化生產過程中更有效的選擇。此外，隨著電容器的工作環境越來越復雜，例如5G通信要求更高頻率的工作環境，這對聚合物基電容器的性能，尤其是耐熱性提出了更高的要求。然而，目前的商用薄膜電容器由于其固有的熱穩定性較差，無法在沒有冷卻系統的情況下滿足苛刻的溫度要求，因此迫切需要具有優異耐高溫性能的聚合物材料。此外，結合高通量計算和材料數據庫技術的計算機輔助計算已應用于聚合物電介質設計，以有效地尋找具有高介電常數、高帶隙和耐高溫性的理想全有機聚合物。
展開 基于分子前驅體的三維類石墨烯多孔碳納米片設計及超級電容器應用
【引言】
超級電容器是一種高效、耐用的的存儲設備，在便攜式電子設備和混合動力汽車領域受到廣泛關注。超級電容器主要以活性炭、介孔碳等多孔碳電極為基礎，其本質上依賴于電極表面離子吸附的電雙層電容。目前，具有良好形貌和多孔結構的多孔碳電極材料的設計與合成已成為高性能超級電容器發展的重要課題之一。在各種多孔碳材料中，三維（3-D）石墨烯類多孔碳納米板（GPCNs）最近被證明是一種先進的碳材料。三維GPCNs由于其具有高度的三維網絡結構、高導電性和良好的結構穩定性，可以為高性能超級電容器電極的設計提供良好的應用條件。另一方面，三維石墨烯類碳網絡的分層多孔結構由于其快速的傳質和高效的離子吸附，可以產生顯著地電雙層電容。多年來，在電化學儲能領域中，多種碳質前驅體被選為通用三維GPCNs的設計和合成。其中生物量前體和分子前體是重要的兩大類。然而，由分子前體衍生的三維GPCNs仍面臨著合成過程復雜、生產成本高、厚度不均勻、比表面積小等巨大挑戰。因此，開發一種簡單有效的制備具有超薄納米結構（＜10nm）和高比表面積（＞2000m2g-1）的高性能三維GPCNs的技術迫在眉睫。
【成果簡介】
廣東石油化工學院的李澤勝(通訊)等人報道了一種方便、高效的一鍋KOH活化技術（采用低成本的石油焦埋保護法）利用廣泛使用的表面活性劑（Tween-20）作為碳源（即分子前體），合成了新型三維石墨烯類碳納米薄片（即三維GPCNs）網絡。合成的材料具有良好的三維網絡結構和分層多孔結構（比表面積2017.3m2g-1），且具有典型的8.5nm厚度的納米片，以及大量的微孔結構（＜2nm）和部分介孔結構（2-3nm）。
展開 戰略性新興產業離不開的10大非金屬礦
7、硅藻土
硅藻土的最大用途在健康環保領域，包括純化酒類和清洗潤滑油脂，去除供水系統中的微生物污染物，吸附玻璃生產、電池生產廢水中的重金屬離子，處理造紙廢水、印染廢水、城鎮生活污水、含油廢水，用作無毒殺蟲劑，在生物材料領域硅藻土主要用作是生物催化技術重要的載體材料，用于人類血漿的過濾、藥物加工等。在高端制造領域用于飛行器防熱部件。在新能源領域，硅藻土被認為是制造多孔硅電池負極十分有前景的原材料，硅—氧化錳有望作為超級電容器電極材料，硅藻太陽能電池是硅太陽能電池的一個發展方向，硅藻土還是室溫儲氫的理想物理吸附材料，硅藻土復合材料可作為潛熱儲能技術相變材料。
展開 浙大高超教授團隊實現高溫穩定高導電石墨烯膜，可用于電磁屏蔽防護
:強于鋼板的GPa級連續宏觀組裝石墨烯薄膜
浙江大學高超教授團隊實現環境穩定高導電石墨烯膜
液體剪切微印刷術智造膠體超液晶 ——浙江大學高超團隊首次實現液體自由微雕刻
浙江大學高超教授團隊發表AM綜述：石墨烯纖維的誕生、發展與展望
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浙江大學高超教授團隊：手性石墨烯纖維構筑的高靈敏度溶劑驅動系統
浙大高超教授：在超導石墨烯纖維研究取得新進展
浙大高超教授在高質量石墨烯電極材料研究方面取得新進展
浙大高超教授課題組用石墨烯造出充電極快壽命超長的超級電池
浙大高超教授課題組研發出高導熱超柔性石墨烯膜
浙江大學高超教授課題組在高性能石墨烯纖維研究方面取得新突破
浙江大學高超教授團隊研發出高可拉伸全碳氣凝膠彈性體
浙大高超教授課題組研制超導石墨烯纖維
浙江大學高超教授：一維宏觀納米碳纖維的組裝和力學性能綜述
浙江大學高超教授課題組開發出一種優異的微波吸收材料：多孔石墨烯微米花
免責聲明：部分資料來源于網絡，轉載的目的在于傳遞更多信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權負責。如涉及侵權，請聯系我們及時修改或刪除。
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展開 3D打印助力能源研究突破，厚度密度，柳暗花明一處
即使在如此高的活性物質負載量下，復合電極的面積比電容依然能夠線性增加，并且質量比電容和體積比電容都并未出現明顯變化，表現出極大的實際應用價值。該工作首次實現了超過180 mg/cm2的超高活性物質負載量?；谌S打印的復合電極的面積比電容創紀錄地達到了44.13 F/cm2。并且，該復合電極成功同時實現了優異的質量比電容，面積比電容和體積比電容，這對于傳統電極而言是無法實現的。
圖4. 不同厚度（1-4 mm）三維打印石墨烯氣溶膠/二氧化錳電極的電化學性能。(A) 不同厚度電極示意圖。(B) 不同厚度電極的面積比電容。(C) 不同厚度電極的質量比電容和體積比電容。(D) 三維打印石墨烯氣溶膠/二氧化錳電極的面積比電容與之前文獻報道的各類高載量贗電容材料的面積比電容性能對比圖。(E)4 mm厚電極的面積比電容，質量比電容與體積比電容與之前文獻報道的高載量二氧化錳電極的性能對比圖。
由兩片相同的復合電極組成的對稱型超級電容器被用來探究復合電極的潛在使用價值?；谳d量為182.2 mg/cm2的復合電極（4 mm厚）的對稱型超級電容器可實現18.74 F/cm2的超高面積比電容，約為厚度為1 mm電極（載量45.2 mg/cm2）的電容器的4倍，展現出良好的厚度可擴展性。并且，基于高負載量的超級電容器器件也表現出良好的循環穩定下，20000圈后依然保持約92.9 %的初始電容。此外，該對稱型器件實現了超高的面積能量密度1.56 mWh/cm2，超越了之前報道的水系對稱型超級電容器器件。這些優異的性能表現使得這些基于三維打印的復合電極有望應用于的高能量密度的超級電容器器件的實際應用中。
圖5. 對稱型超級電容器器件的電化學性能。(A) 8-mm器件的充放電曲線。(B) 2-mm與8-mm器件的面積電容。
展開 