摘要基于插入电极材料的锂离子电池的能量密度已达到其上限,这使得满足对高能存储系统需求不断增长的挑战。基于硫,有机硫化物等转化反应的电极材料,涉及破裂和化学键改革的氧气可以提供更高的特定能力和能量密度。此外,它们通常由丰富的元素组成,使其可再生。尽管他们具有上述利益,但对于实际应用而言,他们面临许多挑战。例如,硫和分子有机硫化物的循环产物可以溶于液体电解质,从而导致穿梭效应和大量容量损失。氧的排放产物为Li 2 O 2,这可能导致电解质的高电荷过电势和分解。在这篇评论中,我们概述了当前改善锂硫,锂,有机硫化物和锂氧气电池的性能的策略。首先,我们总结了克服硫和有机硫化物阴极面临的问题的努力,以及提高有机硫化物能力的策略。然后,我们介绍了锂氧气电池中催化剂的最新研究进度。最后,我们总结并提供了电极材料转换的前景。
通过不断改进电极材料和电解质的性能来提升超级电容器的性能。12在电极材料方面,常见的电极材料有(i)碳、(ii)金属氧化物和(iii)导电聚合物。13,14与金属氧化物和导电聚合物相比,碳材料具有比表面积大、中/微孔率高、无毒、化学稳定性高、导电性好,能加速电解质离子的扩散,15,16因此碳基材料的研究备受关注。常见的碳基材料包括生物质、碳纤维、炭黑、碳气凝胶、碳纳米管、石墨烯等。17对于碳纤维、石墨烯、碳气凝胶、碳纳米管等,由于其成本高、碳前驱体不可再生、合成工艺复杂,无法用于商业化。 18 – 20 而生物质基碳恰好可以弥补这些不足。生物质具有天然结构,具有天然多级孔隙,这使得生物质基碳的合成比其他碳材料更容易、更安全、更便宜、更绿色。此外,生物质资源丰富,可再生。21 – 23 基于以上事实,可以推断生物质是应用于超级电容器的电极材料的良好前驱体。24 目前,多种生物质已被用作超级电容器碳材料的前驱体,例如竹子、头发、小麦、甘蔗渣、橘皮、丝绸、猪骨等。11,21,25 虽然大多数生物质基碳具有良好的电化学性能,但它们仍存在区域分布有限、生产、收集和运输困难等缺点,这可能会限制其进一步的工业化。25 – 28
电导率和柔性超级电容器中电极活性材料的低电阻不能被夸大。在超级电容器的领域中,电极材料具有至关重要的意义,持续的效果致力于开发新型材料,例如石墨烯,MXENE,金属有机框架(MOF)等,旨在增强设备性能。MOF材料是新型材料,由金属簇和配体组成。先前的研究表明,超级电容器可以直接利用该材料作为电极材料。4 - 6中,电极和电解质之间的接触可以通过材料中的多孔结构来促进,从而产生双电动层效应,金属离子可以与electrolete进行某些氧化还原反应,从而导致假性含量。7,8在先前的作品中,Ni-Mof,9,10 Co-Mof,11,12 Fe-Mof,13和Ni/Comof(14,15)在其他工作中显示出很大的潜力作为超级电容器电极材料。中,由于其较高的电化学活性,双重动物的Ni/ComoF具有比单个MOF更高的电容和更有希望的性能。我们还准备了CO/NI-MOF粉末材料,并研究了CO和Ni的摩尔比以对电化学性能的影响。16准备好的圆锥体0.5 -mof
由于其优异的电导率、热稳定性和机械强度,嵌入石墨烯纳米片 (GNP) 的环氧复合材料被研究用作电化学传感应用中的电极材料的潜在用途。在这项研究中,使用三辊技术将石墨烯纳米片与环氧树脂基质(即 Epon 828)一起加工。环氧树脂基质中含有 0.5 至 5 wt.% 石墨烯纳米片的复合材料通过 3 和 5 wt.% 石墨烯纳米片的电化学过程进行表征;观察到显著的电化学性能。在使用 Na2SO4 作为电解质的循环伏安法研究中,加入石墨烯显著增强了电极材料的性能。电导率研究表明,1 wt.% 石墨烯纳米片的渗透阈值,电导率进一步增加,证实了该复合材料作为海水中硫脲电化学传感电极材料的有效性。通过循环伏安法分析验证了环氧-石墨烯电极的灵敏度和选择性令人满意。
北京理工大学光学与光子学院,北京,100081,中国 电子邮件:yuanyue000418@163.com 收稿日期:2022 年 5 月 1 日/接受日期:2022 年 6 月 1 日/发表日期:2022 年 7 月 4 日 本文重点研究了碳和氮掺杂碳作为超级电容电极材料的制备、结构和电化学表征。电极材料是通过粉碎、氧化预处理和键合、碳化和活化制备的,聚合物材料加工成碳基材料。为了制备碳气凝胶电极材料,采用富氮前驱体方法通过氮掺杂来改变获得的碳基底材料。 SEM 和 XRD 对形貌和晶体结构进行分析表明,掺杂样品中引入了氮,碳电极表面覆盖着云状团簇和不均匀的聚集碳颗粒,而 N 掺杂碳样品具有海绵结构,其中交织着类似石墨的薄片,具有更高的粗糙度和孔隙率,以及更大的表面积。使用循环伏安法 (CV) 和恒电流充放电 (GCD) 循环对制备的碳基材料进行电化学研究表明,N 掺杂碳比对照样品具有更高的电化学电容性能,以及理想的快速充放电性能和功率器件的高功率容量。在 1 A/g 的电流密度下,碳和 N 掺杂碳的比电容分别为 13.56 和 192.12 F/g,这意味着 N 掺杂样品的比电容比未掺杂材料提高了 14 倍。经过 10000 次循环后,N 掺杂碳的循环稳定性显示出几乎 108% 的电容保持率。根据 N 掺杂碳超级电容电极性能与早期关于超级电容器中多孔碳材料的报道的比较,N 掺杂碳超级电容电极的比电容、功率和能量密度与其他报道的 N 掺杂多孔碳结构的值相当或更好。这些测试表明,使用所述方法生成的氮掺杂碳电极材料具有较低的内阻,并且可以在超级电容器中保持良好的电化学性能。关键词:氮掺杂碳;电化学性能;富氮前体;超级电容电极材料
由于现代社会人口爆炸式增长和工业发展迅猛,能源需求不断增加,环境问题日益严重,因此进一步发展高效的能源转换技术,从太阳能、生物质能、风能和潮汐能中获取可再生能源已引起人们的广泛关注。1 – 3 储能系统 (EES) 是重要的推动因素之一。储能系统主要包括两大类,前者通过电极材料中的氧化还原反应将电能以化学能形式储存,后者利用电极材料表面离子的快速物理吸附。4 – 6 电荷存储机制的差异使电池具有高能量密度,而超级电容器具有高功率密度。4,7,8 例如,
超级电容器被公认为典型的储能设备,由于其高功率密度、快速充电能力和延长的循环寿命等令人印象深刻的特性,最近引起了人们的极大关注。然而,超级电容器有限的能量密度和低电容阻碍了其发展,限制了其在高性能储能设备中的进一步发展潜力[1,2]。电极材料对超级电容器电化学性能的深远影响已得到充分证实。常用的电极材料包括过渡金属氧化物、碳和导电聚合物。虽然碳材料表现出显着的循环稳定性,但它们通常产生相对较低的电容。该结果归因于存储机制,其涉及在电极表面产生双层电荷。相反,后两种电极材料通常比碳表现出更高的电容,这要归功于它们的存储机制,即在电极/电解质界面发生氧化还原反应[3]。因此,人们进行了广泛的研究,探索过渡金属氧化物在提高超级电容器的比电容和能量密度方面的潜力[4]。氧化铁(Fe 2 O 3)因其丰富的可用性、强大的理论能力和廉价的成本而引起了人们的极大兴趣[5]。然而,Fe 2 O 3 和许多其他金属一样,