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更高的容量和更好的倍率性能,红宝石电容优越的倍率性能和更高的容量
点击次数: 发布日期:2024-06-20
更高的容量和更好的倍率性能,红宝石电容优越的倍率性能和更高的容量
电容器的循环性能在体系的反复充放电过程中易受到体积膨胀的影响,针对这一问题,许多研究人员将焦点转向了非石墨化碳材料,例如硬碳(HC)、软碳等,这些碳材料有着较好的性能,而且在长期的电化学循环后可以获得较高的容量保持率,然而,与石墨化碳相比,非石墨化碳的初始不可逆容量损失更高,Yuan等人研究了活性炭、石墨和硬碳分别作为锂离子电容器的负极材料,在相同的条件下对其电化学性能进行比较,研究数据显示,活性炭/硬碳组装的锂离子电容器具有更优越的倍率性能和更高的容量,在充放电过程中,与球形硬碳相比,不规则硬碳表现出明显的Li+的嵌入平台,该锂离子电容器在功率密度为7.8kW/kg、7.6kW/kg、7.3kW/kg和6.2kW/kg时,分别获得80.9Wh/kg、85.7Wh/kg、94.6Wh/kg和100.5Wh/kg的高能量密度;同时在2.0~4.0V的工作电压范围下,在2C的倍率下循环5000圈后获得了96%的电容保持率,虽然软碳和硬碳较石墨相比有更高的容量和更好的倍率性能,但它们在实际应用中不可能完全取代石墨材料,除了一些传统的碳材料,研究者以提高其电化学性能为目的,对其进行了一系列改性研究,例如掺杂、将两种或两种以上的材料进行复合等;除此之外,一些新型负极材料,例如过渡金属氧化物材料及其复合材料等,也逐渐被应用于锂离子电容器,以不断满足锂离子电容器高性能的需要,4.正极材料正极材料是锂离子电容器中的重要组成部分,为了保证锂离子电容器的高功率密度和高能量密度,要求材料必须有较高的工作电位和良好的导电性,目前应用于锂离子电容器的正极材料主要是以电导率高、孔径丰富和比表面积大的多孔碳为主,另外多孔碳可以以多维结构存在,孔道可控、能与多种材料复合,原料易得且价格低廉等,众多的优点集一体,具有广阔的应用前景,而用作电容型正极材料的多孔碳一般要有大于1000m2/g的比表面积、优良的电导率以及突出的电解液到碳材料孔内空间的可及性,活性炭是目前广泛用于商用的电极材料,同时它在含有锂离子的有机电解液中会表现出良好的双电层电容特性,电位可高达4.6V vs. Li+/Li,是理想的锂离子电容器的正极材料之选,近几年以商品化的活性炭为正极材料的锂离子电容器的研究越来越多,Li等人使用玉米芯制备的氮掺杂活性炭具有高达2900m2/g的比表面积,在半电池结构的有机电解液中,在0.4A/g时初始比容量可达129mAh/g(185F/g),该活性炭作为正极,Si/C作为负极组装的锂离子电容器在功率密度为1747~30127W/kg时表现出141~230Wh/kg的高能量密度,在8000圈循环后仍有76.3%的电容保持率,Cho等人合成了多结构部分石墨活性炭(PG-AC)并同时组装了具有优异电化学性能的混合红宝石电容器,PG-AC与Li4Ti5O12的复合材料呈现部分石墨化和多孔结构,从而提供了两种不同的电容机制:电双层电容和浅插层,在混合电容器中具有广阔的应用前景,不过,目前商用活性炭的孔径较窄,大多以小于2nm的微孔为主,虽然比表面积较大,但这些微孔与大尺寸的电解液离子不相容,尤其是在有机体系中,所以只能提供较低的比容量。

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