锌混合超级电容器(Zn-HSC)对下一代储能系统具有巨大的潜力,可有效地跨越了传统的锂离子电池(LIBS)和超级电容器之间的鸿沟。不幸的是,大多数Zn-HSC的能量密度尚未与LIB中观察到的水平媲美。可以通过用硫醇部分的石墨烯基辐射材料化学功能化水性Zn-HSC的电化学性能,因为它们将非常适合偏爱Zn 2 +吸附/解吸。在此,单步反应用于合成硫醇官能化还原的氧化石墨烯(RGOSH),并融合了氧官能团(OFGS)和硫醇功能,如X射线光电子光谱(XPS)研究所证明。电化学分析表明,RGOSH阴极表现出特定的电容(540 f g-1)和特异性能力(139 mAh g-1),在0.1 A g-1以及长期的长期稳定性以及长期的长期稳定性,具有超过92%的电容性保留量超过92%后,在10000 000级后的化学量后进行了涂层化学效果。值得注意的是,RGOSH电极的特殊最大能量密度为187.6 WH kg -1,功率密度为48.6 kW kg -1。总体而言,这项研究为设计和优化阴极材料的设计和优化提供了前所未有的强大策略,为有效和可持续的储能解决方案铺平了道路,以满足现代能源应用的不断增长的需求。
MXenes 是一种寿命长达十年的陶瓷材料,于 2011 年在德雷塞尔大学首次发现 1 。它们的通式为 M n +1 X n T x , (n=1,2,3) ,其中 T 是表面终止原子,M 是早期过渡金属,X 是 C 或 N 2-4 ,MXenes 直接从其相应的 MAX 相蚀刻而成。后者是层状碳化物或氮化物结构,公式为 M n +1 AX n , (n=1,2,3) ,其中 A 是元素周期表 A 族元素,通常是第 13 或 14 族。在图 1 中,我们可以看到元素周期表中 MAX 相和 MXenes 的成分以及它们的结构。具有 OH 或 F 终端的碳化钛 Ti 3 C 2 是从钛铝 MAX 相 Ti 3 AlC 2 1 中发现的第一个 MXene。由于 Ti 3 C 2 T x MXene 仍然最具导电性 6–8,文献中对其在二次(即可充电)电池中的应用潜力进行了广泛研究。为此,人们试图通过操纵终端原子 8,9 来控制其电子和机械性能。可充电离子电池是一种基于离子插入的储能装置 10。通常,离子电池由阴极(正极)和阳极(负极)组成,并与含有离子的电解质接触。两个电极由微孔聚合物膜(隔膜)隔开,该膜阻止电子与离子一起在它们之间穿过 11。商用电池单元通常是在放电状态下生产的,而阳极和阴极电极在与大气接触时需要保持稳定 11。充电时,电极需要连接到外部电源,而电池
摘要:硬碳被广泛认为是钠离子电池(SIB)最有前途的阳极材料。硬碳是一种不可塑化的碳,其特征是涡轮层结构,其碳层堆叠量无序,每个碳层都由几个纳米尺寸的石墨烯层组成。即使在2500°C以上的温度下也很难将其石墨。这种独特的结构,结合其低成本,高电导率,低工作电压和高容量,使硬碳可以实现出色的钠离子存储性能。这些特征使其成为商业上最可行的阳极材料。最近的研究还积极探索了生物质而不是高成本无机材料的使用,以降低生产成本,最大程度地减少生物质焚烧中的污染,并减少每年产生的大量生物废物。这项研究研究了源自木质素的硬碳阳极的性能,商业石墨作为对照。X射线衍射(XRD),拉曼光谱,扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子光谱(XPS)用于分析其晶体学结构,显微结构,显微结构和表面元素组成。电化学性能使用由EC/DEC/DEC(1:1 v/v)组成的电解质(1:1:1 v/v)在DEGDME中为5 wt%FEC和1M NAPF 6。通过在不同电解质条件下比较硬碳和石墨的电化学特性,本研究证明了硬碳作为钠离子电池应用的有希望的阳极材料的潜力。
摘要对于医疗传感设备,例如伤口愈合贴片,需要提供可穿戴和长期可用的电源。 这就需要经济高效、重量轻的电池。 我们在此提出一种由 Zn 阳极和聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)阴极组成的金属空气电池。 PEDOT:PSS 层通过薄膜沉积而成,由于其高粘附性而用作阴极,无需粘合剂。 分析了两种不同厚度的薄膜类型。 评估了 1-丁基-3-甲基咪唑辛基硫酸盐离子液体(据报道也充当稳定剂)对电性能的影响。 电极表现出低表面电阻率和相当大的放电容量。 结果表明,PEDOT:PSS 在空气电极中适当地充当了 O 2 氧化还原反应基质和导电粘合剂,这意味着 PEDOT:PSS 薄膜适合用于 Zn-空气电池的阴极。此外,我们展示了一种聚合物生物相容性锌空气电池装置,总厚度约为 2 毫米,易于组装、重量轻且经济高效。
†该材料基于美国能源部电力办公室(OE)的工作。这项研究使用了美国能源部(DOE)科学用户设施的高级光子来源的资源de-ac02-06ch11357。这项研究使用了美国能源部(DOE)科学用户设施办公室(DOE)由Brookhaven National Laboratory为DOE科学办公室运营的美国能源部(DOE)科学用户设施办公室的National Synchrotron Light Source II的Beamline 7-BM(QA)(QAS)。de-sc0012704。这项工作是在综合纳米技术中心进行的,该中心是科学用户设施,该办公室为美国能源部(DOE)科学办公室运营。我们感谢Andrea Bruck博士的海报设计。Sandia国家实验室是由霍尼韦尔国际公司(Honeywell International Inc.)全资子公司Sandia,LLC国家技术与工程解决方案公司管理和运营的多个实验室,该实验室由美国国家能源部国家核安全管理局(NANED NAUD SECUCTION ADVINOCATY)根据合同DE-NA0003525进行。
抽象的O3型层状氧化物阴极(例如NANI 0.5 MN 0.5 O 2)由于其高理论特异性能力而引起了很大的关注,同时使用丰富的低成本钠作为互化物种。与锂类似物(Linio 2)不同,Nanio 2(NNO)表现出较差的电化学性能,这是由于结构不稳定性和下库仑效率而产生的。为增强其用于实际应用的可环性,NNO通过钛取代进行了修改,以产生O3型Nani 0.9 Ti 0.1 O 2(NNTO),该nno通过固态反应首次成功合成。使用多种表征技术详细研究了其出色性能背后的机制。nnto的特定排放能力约为190 mAh g -1,并且在循环中有多个相变的情况下,在2.0-4.2 V的潜在窗口中,即使在循环中存在多个相变。这种行为可以归因于取代基,这有助于维持NA缺陷相位的较大的SLAB距离,并通过降低镍的平均氧化状态来减轻Jahn-Teller活性。然而,高电位下的体积崩溃和不可逆的晶格氧损失仍然不利于NNTO。尽管如此,可以通过涂层和掺杂策略进一步提高性能。这不仅将NNTO定位为有前途的下一代阴极材料,而且还可以成为高能密度Na-ion电池领域的未来研究方向的灵感。
已经提出了几种用于SIBS的阴极活性材料(CAM)家族,包括分层氧化物,聚苯二元组合和普鲁士蓝色类似物(PBA)。[9–11]后者由于其低成本合成方法而被认为是特别有希望的,消除了对高温处理的需求,通过使用可持续和丰富的金属(例如铁和锰)(例如铁和锰)所实现的可调氧化还原行为,以及其令人满意的能力和功能能力,并在其开放式框架结构中与大型互联型相互融合,使其综合构成了3D的开放式结构。[9,12,13]此外,它们可以在水性电解质(有限的电池电压)和类似于LIB的有机电解质中进行操作,从而实现了较高的细胞电压。[14–18]因此,对这些材料进行了强大的研究和商业化工作,包括CATL,Natron Energy和Altris等制造商。[19,20]
多价电池(CA,MG,AL)由于这些元素的丰度以及相应金属阳极的高重量和体积能力而引起了极大的关注。2与LI金属相比,其缺点是更高的标准氧化还原电位,CA金属的0.17 V,MG金属的0.67 V和Al Metal的1.38 V,这将导致电池电池的潜力较低。实际上,由于缺乏多价电解质和阴极,多价电池系统的实际应用仍在遥远的将来。近年来,在多价电解质领域已取得了重大进展,但是将多价阳离子插入无机宿主仍然是一个重大挑战。3这一事实主要与多价阳离子的高电荷密度相关,这导致了很难的脱溶剂,较慢的固态差异和实体不可逆的转化反应而不是多价阳离子插入。4到目前为止,已经报道了少数无机阴极,包括普鲁士蓝色类似物和金属硫化物,具有明显的缺点,例如低氧化还原电位或循环稳定性不佳。5,6,有机阴极和硫显示出良好的多情感电解质电化学可逆性,为多价电池开发打开了替代路径。7鉴于Ca金属和LI金属之间的氧化还原电势的微小差异,基于CA的金属电池可以在基于丰富材料的同时提供高压替代品的高压替代品。
扩展Data_fig1.tif a,X射线吸收在Fe K-边缘(左)的边缘结构附近(XANES)和VC-NFMO的Mn K-EDGE(右),在不同的电荷/放电状态下收集; Fe 2+ /Fe 3+和Mn 2+ /Mn 3+ /Mn 4+标准光谱显示在底部以进行比较。b,在不同的电荷/放电状态下收集的VC-NFMO的Fe K-EDGE(左)和Mn K-EDGE(右)EXAFS光谱的傅立叶变换(fts)。光谱已被抵消以确保可见性,并且在OCV状态中收集的EXAFS光谱(Fe和Mn)也已被抵消并叠加为灰色虚线以进行比较。c,在各种电荷/放电状态下的VF-NFMO(灰色)和VC-NFMO(蓝色)的氧化还原态分析。平均边缘位置由积分方法拟合。Fe k-edge(Top)和Mn K-边缘(底部)边缘位置直接适用于相应的Xanes边缘区域,补充图18和(a)。d,
静电纺丝是一种非常通用且具有成本效益的技术,以其在具有膨胀表面积的生产多孔纤维中的简单性和灵活性而闻名。该技术的灵活性可以创建具有不同结构和脚手架的纳米纤维。这些纳米纤维有时在应用之前受到热处理。它们的独特特征使它们非常适合集成到储能系统中。在电池等能源储能系统的领域中,存在锂离子电池以外的替代品的压力需求。多价电池,例如Al-Ion,MG-ION,Zn-ION和CA-ION电池,由于其有利的特性,它代表了一个合适的选择。由于其多孔性质,电纺纤维促进离子转移,增强电荷/放电过程并改善电池动力学。在本文中,我们将研究如何在多价电池阴极中使用电纺纤维,并揭示它们为这些电池系统提供的额外优势。最后,将进行全面的评估,以评估该技术的优势和挑战。高容量电池的前景,特别是钙离子蝙蝠Teries。