多孔電極材料
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
多孔電極材料的視頻教程
多孔電極材料的實例教程
本案例從CT掃描微觀粒子斷層數據中，重建起來三維模型，計算氧氣電化學反應，橫向對比不同形態微觀粒子的反應強度分布。
通過對微觀粒子重建、分析，可以有效評估該粒子的多種性能表現，輔助研究人員快速發現和優化所需的粒子體系。
歡迎交流。
添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）
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 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。克服這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 【小結】
熱還原合成的分層多孔且無添加劑的hGO網格說明了多孔納米材料和結構清晰的電極設計的重要性。與2D真空過濾膜相比，3D打印網格的宏觀和微觀孔隙度提高了活性部位利用率以及質量/離子傳輸，從而顯著提高了Li-O2電池的整體性能。通過3D打印引入的宏觀和微觀孔隙度是改善總體空氣陰極容量方面最關鍵的方面，而更小的孔引起的納米孔隙可以進一步改善運輸通路，并將性能提高。因此，這項工作表明有意識地將納米多孔碳基二維材料設計和實現為自由形式和分層多孔電極結構，可以提高下一代儲能系統的性能，同時為先進電池制造中的AM技術提供潛在的途徑。
文獻鏈接：Extrusion-Based 3D Printing of Hierarchically Porous Advanced Battery Electrodes（Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201705651）
展開 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。在此基礎上制得的MnCo2O4 // rGO不對稱超級電容器的開路電壓穩定在1.6 V，最大能量密度為53.7 Wh·kg-1（功率密度為1600 W·kg-1時）。當功率密度達到8000 W·kg-1時，它的能量密度仍然達到31.6 Wh·kg-1。
展開 
多孔電極材料的相關專題、標簽、搜索
多孔電極材料的最新內容
本案例從CT掃描微觀粒子斷層數據中，重建起來三維模型，計算氧氣電化學反應，橫向對比不同形態微觀粒子的反應強度分布。
通過對微觀粒子重建、分析，可以有效評估該粒子的多種性能表現，輔助研究人員快速發現和優化所需的粒子體系。
歡迎交流。
功能梯度多孔材料（FGM）通過梯度調控孔隙率，實現力學性能的連續分布，其彈性模量、強度等呈均勻變化。通過建立梯度多孔結構有限元模型，解析梯度參數對應力場及失效機制的影響，突破傳統試驗限制，優化設計。該研究對航空熱防護及生物醫用仿生植入體等功能化結構具有重要價值。本案例介紹在ABAQUS內建立三維梯度功能材料多孔結構模型，并對梯度結構模型進行軸心受壓力學仿真模擬。
多孔結構廣泛應用于過濾、催化、能量吸收等領域。基于Voronoi圖的方法通過調整生成點的位置和密度，控制多孔結構的孔隙大小和分布，可用于模擬自然界中的多孔介質，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內建立三維多孔材料。
首先采用CAD Voronoi 3D插件建立圓柱體試件晶粒模型。
首先采用AbyssFish四參數隨機生長2D軟件V1.3版本隨機生成一張模型圖像。
通過CAD圖像導入插件將圖像導入到AutoCAD內，并將圖像的黑白區域分別處理成三維部件，并導出為iges格式文件。
在Abaqus CAE軟件內，將兩份iges文件導入
在實際工程中滲流路徑往往不是單一材料，如滲流發生在夾雜碎石的土體中，這就造成滲流的復雜性。這里采用兩項材料通過COMSOL達西定律模塊對滲流進行模擬。
模型采用CAD隨機球體顆粒&過渡區插件建立后導入到COMSOL軟件內。
模型包括滲流發生的外側基體、內部顆粒、顆粒及基體過渡區（ITZ）三部分組成，由于內部顆粒的滲透系數遠小于基體，因此可將其省略，邊界置為無流動
HVAC
（供暖、通風和空調）管道的聲環境性能改善
不會提高下壓力（空氣動力抓地力），也不會讓汽車操控更平順。但當空氣動力學專家優化HVAC的空氣動力學性能時，你會感到更舒適。特別是當你駕駛一輛電動汽車，駕駛室里只有幸福的安靜體驗，或者經過聲環境優化，可以在全環繞聲中聽到你最喜歡的音樂。
來源 | Materials Today
01
背景介紹
熱電( TE )技術作為一種綠色的工程解決方案，在小規模制冷和余熱回收方面越來越受到關注。在實際應用中，固態冷卻是其主導應用，由于具有高可靠性和緊湊性、無噪音運行、精確控溫等優點，已經具有成熟的商用市場。除了邊界或界面，孔隙率是另一種有效的策略，有望干擾聲子輸運以提高
超材料是一種人工材料，其性能取決于特定的結構設計而非化學成分。此類材料的結構往往很復雜，因此制造難度相當大。本文我們將通過數值研究探討一種能夠在靜水壓力的作用下膨脹的多孔彈性超材料（由帶空隙的單一材料制成）。
超材料與 3D 打印結合
“3D 打印”和“超材料”具有廣闊的應用前景，能夠制造定制的醫療植入物，打印房屋，應用于聲學隱形技術，是改變我們周圍世界的前沿科技潮流。
超材料是一種人工材料，其性能取決于特定的結構設計而非化學成分。此類材料的結構往往很復雜，因此制造難度相當大。本文我們將通過數值研究探討一種能夠在靜水壓力的作用下膨脹的多孔彈性超材料（由帶空隙的單一材料制成）。
超材料與 3D 打印結合
“3D 打印”和“超材料”具有廣闊的應用前景，能夠制造定制的醫療植入物，打印房屋，應用于聲學隱形技術，是改變我們周圍世界的前沿科技潮流。
孔隙結構
在comsol內生成球體或立方體結構的多孔材料結構：
comsol泡沫結構，泡沫球體顆粒占比80%：
建模方法
采用陣列式隨機分布，生成符合規定比例的隨機孔洞。模型采用CAD隨機孔隙3D插件生成，然后將多孔結構3D模型導入到comsol軟件內。
插件鏈接
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1890691
