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WELLBET唯一体育在超级电容器储能与器件领域取得系列进展

WELLBET唯一体育:发布时间:WELLBET唯一体育-04-17文章来源: 浏览次数:


超级电容器作为一种高效、清洁的电化学储能器件,由于其超高功率密度、快速充放电能力、超长循环寿命,在辅助性应急电源、大功率电源、新能源电动车启停电源、能量回收系统以及智能电网等方面得到了广泛应用。其中,水系超级电容器具有设备结构简单、实用安全性高等优势,但由于水热力学稳定性差导致其电压窗口窄、能量密度低,限制了其实际应用。

近期,WELLBET唯一体育杨超副教授课题组提出了一种基于β型酞菁锌(β-ZnPc)正极的柔性锌离子混合超级电容器。如图1所示,ZnPc是通过甲醇钠催化和超声波辅助下的环化反应制备的。ZnPc300 °C退火后,发现从α-ZnPcβ-ZnPc的结构转变,这可能是由于相邻ZnPc分子层之间的短程相互作用所致。与α-ZnPc相比,β-ZnPc具有更高的比电容和更好的倍率性能,归因于其更的比表面积和更丰富的孔结构。利用第一性原理计算了ZnPc的差分电荷密度以及对Zn2+的吸附能,发现不饱和氮作为活性位点对Zn2+的吸附/解吸过程具有重要作用。柔性锌离子混合超级电容器提供86.2 Wh kg?1的能量密度,在经过10万次循环后仍保持73.4%比电容,为开发高能量、长寿命的锌离子混合超级电容器开辟了新途径(Chemical Engineering Journal, 2023, 468, 143875.)。

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1 β-ZnPc的合成与表征

此外,采用吡咯泡沫模板聚合以及后续碳化过程,制备了一种Ni3S2/Ni2O3@N-CNA复合电极材料,用作双离子混合超级电容器的正极。采用不同正极液和负极液的解耦电解质策略,基于Ni3S2/Ni2O3@N-CNA正极的Li+吸附/解吸过程和Zn负极的Zn2+剥离/Zn沉积过程,该混合超级电容器表现出宽电压窗口(0.4-1.8 V)、高能量密度(64.2 Wh kg-1)的特性。第一性原理计算表明,Ni3S2/Ni2O3异质结可以促进水合Li+去水化过程,有利于提升赝电容性能。该解耦电解质策略,为获得高能量密度的水系锌离子混合型超级电容器提供了新思路(Journal of Colloid and Interface Science, WELLBET唯一体育, 654, 709-718.)。

在钠离子电容器的研究上,提出了一种缺陷工程策略,通过Na、V共掺杂BiFeO3NV-BFO)来提高钠离子电容器的性能。XPSEPR表明,Na掺杂促进氧空位的形成,V掺杂抑制氧空位的形成。第一性原理计算表明,氧空位和V离子通过空间和电场效应显著降低Na+扩散势垒,有效促进晶体中Na+的输运。NV-BFO//NV-BFO电容器的电化学动力学分析表明,电容控制的容量归因于NV-BFO电极快速的Na+脱嵌-嵌入过程。这种Na、V共掺杂BiFeO3实现缺陷工程的新策略,揭示了Na、V共掺杂对氧空位缺陷以及钠离子输运的影响,为开发高性能钠离子电容器开辟了新途径(Journal of Energy Chemistry, WELLBET唯一体育, 90, 453-463.)。



供稿审核:刘广强

编辑审核:王文志

终审:满忠晓




 

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