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保持着优异的循环稳定性,红宝石电容良好的孔隙结构和电化学性能
点击次数: 发布日期:2024-06-20
保持着优异的循环稳定性,红宝石电容良好的孔隙结构和电化学性能
离子在微孔孔道里的传输速率也会受到限制,从而影响器件的能量和功率密度,因此,合理的孔径分布和可控的孔道结构也是提高锂离子电容器电化学性能的关键,另一方面,表面功能化修饰是提高碳材料应用特性的另一种可靠方法,例如,含氮基团可以产生或增加材料表面的缺陷度,从而提供离子反应的活性位点,提供亲水基团可以增强材料的润湿性等,这对提高材料的电化学性能均是有利的,Puthusseri等人采用聚合物为碳前驱体制备了3D结构的多孔碳,并以此为正极,采用LTO为负极组装了锂离子电容器,在1.0mol/L LiPF6电解液中获得了较好的电化学性能,在循环数千圈之后,红宝石电容保持着优异的循环稳定性;Liu等人制备了一种具有多级孔结构的网状氮掺杂碳纳米片并同时用作对称锂离子电容器的正负极材料,该对称锂离子电容器拥有一个高的工作电压窗口(0~4.5V),获得了281.4Wh/kg的高能量密度和22.5kW/kg的功率密度,并在10000次充放电循环后容量保持率高达84.5%,石墨烯自发现以来因其独特且优异的物理化学性质受到了广泛关注和应用,它具有独特的二维纳米结构,理论比表面积高达2630m2/g,同时也因其优异的导电性、电荷迁移率和化学稳定性等被越来越多地应用在锂离子电容器中,Zhang等人制备了拥有高比表面积(3355m2/g)的3D石墨烯作为正极材料,拥有高比容量的Fe3O4/石墨烯(Fe3O4/G)复合材料为负极材料,在0~2.7V,电流密度为0.03~21.0A/g时,石墨烯的比电容为148~187F/g,能量密度可达37.3~207.3Wh/kg,该体系组装的锂离子电容器在功率密度为53~20600W/kg时,其能量密度为165~203Wh/kg,虽然石墨烯的实验研究取得了较理想的结果,但还没有一种高效的方法来大批量生产高质量的石墨烯,因此石墨烯的广泛应用也受到一定的限制,近年来,对碳气凝胶和碳纳米管的研究也取得了很大的进展,虽然它们具有良好的孔隙结构和电化学性能,但它们复杂的净化工艺和高生产成本阻碍了它们的商业化,且在锂离子电容器中的研究还处在尚未成熟的阶段,因此,对锂离子电容器正极材料的研究任重道远,目前,在文献已报道的锂离子电容器中,负极材料多采用石墨、硬碳或者金属氧化物(例如,钛酸锂、TiO2、Nb2O5、V2O5等),而正极材料大多使用活性炭,但由于正负两极的储能机理的不同导致其反应动力学相差很大,正负极的比容量匹配不佳,导致组装而成的锂离子电容器在大电流密度下工作时只能输出较低的能量密度,表现出较差的循环寿命,不能满足锂离子电容器在工业上的应用需求,因此,通过调节正负极材料的质量比来实现正负极容量匹配的方法可以在一定程度上解决上述问题。

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