MOF衍生分级结构材料的可控制备及其水系储能应用研究
发布时间:2020-12-02 07:37
近年,化石燃料的大量使用及其不可再生性引起了严重的环境和能源问题,高效、绿色、安全、低成本能源储存器件的发展成为缓解该问题的关键。水系储能器件,如超级电容器、水系锌离子电池等,因其高性能、低成本和高安全性,受到众多研究者的广泛关注。然而,它们仍然存在不足,如超级电容器能量密度较低,且快速充放电稳定性差;水系锌-二氧化锰电池容量低,长循环稳定性差等,严重限制了它们在大规模储能设备中的实际应用。其中,电极材料是决定储能器件性能的关键因素。目前,电极材料存在以下问题:1)组分单一:电压范围、导电性和分散性等受限;2)一般为块体粉末:比表面积小(暴露的活性位点少),孔隙率低(离子传输速率慢)。这些问题严重限制其储能性能的提升。多组分分级结构电极材料能够有效解决上述问题:1)多组分:不同组分之间协同效应可以弥补单一组分的不足,从而提高电化学性能;2)分级结构:大的比表面积和孔隙率可以有效增大活性材料与电解液接触面积,促进电解液离子扩散,从而提高活性材料的利用率和电化学反应速率。因此,通过合理设计电极材料的结构和组成,制备具有多组分分级结构电极材料,是提高电化学储能器件性能的有效途径,也是当前能源...
【文章来源】:浙江工业大学浙江省
【文章页数】:163 页
【学位级别】:博士
【部分图文】:
2000.1-2019.8谷歌学术上关于超级电容器出版物(论文、书籍和其他公开的著作)的统计
根据储能机制或电极材料的种类可以将现在常见的超级电容器分为三大类:双电层超级电容器,法拉第(赝电容)超级电容器和混合超级电容器(图1-2)。下面我们将针对这三类超级电容器,从其各自的储能机制和电极材料两方面展开详细介绍。(一)超级电容器储能机制
静电或双电层超级电容器中电极/界面的电容与界面上电极电位依赖的静电电荷的累积有关。表面电极电荷的产生机理包括表面离解以及电解质和晶格缺陷对离子的吸附。如图1-3所示,这种双电层电容来自电极材料粒子,例如在碳粒子和电解质之间的界面上,在电极表面积累了多余或不足的电荷,为了满足电中性,电解质的另一侧建立了带有平衡电荷的电解质离子。在充电过程中,电子通过外部负载从负电极转移到正电极。在电解液中,阳离子向负极移动,而阴离子向正极移动。在放电过程中,则发生了相反的过程。在双电层超电容系统中,电极/电解质界面上没有电荷转移,电极和电解质之间也没有净离子交换。这意味着在充放电过程中电解质浓度保持不变。通过这种方式,能量被储存在双层界面中。(2)法拉第(赝)电容器储能机制
【参考文献】:
期刊论文
[1]Carbon-coated manganese dioxide nanoparticles and their enhanced electrochemical properties for zinc-ion battery applications[J]. Saiful Islam,Muhammad Hilmy Alfaruqi,Jinju Song,Sungjin Kim,Duong Tung Pham,Jeonggeun Jo,Seokhun Kim,Vinod Mathew,Joseph Paul Baboo,Zhiliang Xiu,Jaekook Kim. Journal of Energy Chemistry. 2017(04)
[2]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai. National Science Review. 2017(03)
[3]基于R&D活动的高等学校科技创新能力评价方法[J]. 阳爱民,周剑峰. 科技与管理. 2016(03)
[4]嗜冷型产碳酸酐酶菌对碳酸钙沉积的影响[J]. 张文静,李琼芳,张存凯,张伟,杨丽君. 环境科学与技术. 2016(03)
[5]药理学双语教学重在交流[J]. 黄帧桧,丁伯平. 科技视界. 2014(23)
[6]基于虚拟现实与多Agent系统的远程教育系统设计[J]. 杨韬,刁永锋. 科技信息. 2010(09)
本文编号:2895160
【文章来源】:浙江工业大学浙江省
【文章页数】:163 页
【学位级别】:博士
【部分图文】:
2000.1-2019.8谷歌学术上关于超级电容器出版物(论文、书籍和其他公开的著作)的统计
根据储能机制或电极材料的种类可以将现在常见的超级电容器分为三大类:双电层超级电容器,法拉第(赝电容)超级电容器和混合超级电容器(图1-2)。下面我们将针对这三类超级电容器,从其各自的储能机制和电极材料两方面展开详细介绍。(一)超级电容器储能机制
静电或双电层超级电容器中电极/界面的电容与界面上电极电位依赖的静电电荷的累积有关。表面电极电荷的产生机理包括表面离解以及电解质和晶格缺陷对离子的吸附。如图1-3所示,这种双电层电容来自电极材料粒子,例如在碳粒子和电解质之间的界面上,在电极表面积累了多余或不足的电荷,为了满足电中性,电解质的另一侧建立了带有平衡电荷的电解质离子。在充电过程中,电子通过外部负载从负电极转移到正电极。在电解液中,阳离子向负极移动,而阴离子向正极移动。在放电过程中,则发生了相反的过程。在双电层超电容系统中,电极/电解质界面上没有电荷转移,电极和电解质之间也没有净离子交换。这意味着在充放电过程中电解质浓度保持不变。通过这种方式,能量被储存在双层界面中。(2)法拉第(赝)电容器储能机制
【参考文献】:
期刊论文
[1]Carbon-coated manganese dioxide nanoparticles and their enhanced electrochemical properties for zinc-ion battery applications[J]. Saiful Islam,Muhammad Hilmy Alfaruqi,Jinju Song,Sungjin Kim,Duong Tung Pham,Jeonggeun Jo,Seokhun Kim,Vinod Mathew,Joseph Paul Baboo,Zhiliang Xiu,Jaekook Kim. Journal of Energy Chemistry. 2017(04)
[2]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai. National Science Review. 2017(03)
[3]基于R&D活动的高等学校科技创新能力评价方法[J]. 阳爱民,周剑峰. 科技与管理. 2016(03)
[4]嗜冷型产碳酸酐酶菌对碳酸钙沉积的影响[J]. 张文静,李琼芳,张存凯,张伟,杨丽君. 环境科学与技术. 2016(03)
[5]药理学双语教学重在交流[J]. 黄帧桧,丁伯平. 科技视界. 2014(23)
[6]基于虚拟现实与多Agent系统的远程教育系统设计[J]. 杨韬,刁永锋. 科技信息. 2010(09)
本文编号:2895160
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