【摘 要】
：
随着全球变暖的迅速加剧,可再生能源和绿色能源的短缺严重影响了全球经济。能源方面的累积不足,已引起研究人员的高度关注。探索太阳能电池、超级电容器和锂离子电池等储能设备用以储存水力发电、风力发电等产生的能量。在众多的储能设备中,超级电容器又称为电化学电容器,由于其显著的更长的循环寿命、更高的能量和功率密度、更快的氧化还原反应（充放电）、环境友好性和低成本效益,超级电容器在实际应用中具有极大的灵活性。超
【基金项目】
：
国家自然科学基金（21801200 and 22075217218）； 国家重点研发计划（2018YFB1502001）；
论文部分内容阅读
随着全球变暖的迅速加剧,可再生能源和绿色能源的短缺严重影响了全球经济。能源方面的累积不足,已引起研究人员的高度关注。探索太阳能电池、超级电容器和锂离子电池等储能设备用以储存水力发电、风力发电等产生的能量。在众多的储能设备中,超级电容器又称为电化学电容器,由于其显著的更长的循环寿命、更高的能量和功率密度、更快的氧化还原反应（充放电）、环境友好性和低成本效益,超级电容器在实际应用中具有极大的灵活性。超级电容器器件可以分为对称型、非对称型和混合型。其中混合型因为相较于对称和非对称型可以同时拥有较高的能量密度和功率密度而逐渐受到人们的关注。众所周知,电极材料对电化学储能装置的储能表现有很重要的影响。在各种各样的电极材料中,过渡金属氧硫化物具有相对较高的理论容量,受到了人们的广泛关注。但是其较低的电导率和循环寿命限制了其进一步的应用。这两大问题亟需解决,采取了不同方式来改善这些问题。一是通过半牺牲模板法将镀在柔性织物上的金属作为前驱体生长硫化物材料,利用二者之间的化学相互作用提升电极的导电性,且织物基底赋予电极良好的柔韧性也极大的减轻了电极的质量。二是通过将金属氧化物和多孔碳进行原位复合,利用二者的协同作用提升电极的整体电容量。本论文选取了两种过渡金属氧/硫化物,通过构建不同的复合结构,研究了复合电极的电化学性能。具体研究如下:第二章中,通过一步水热直接在预先镀镍的涤纶织物上生长了Ni3S2/CoNi2S4活性物质。由于直接用镀镍织物作为镍源,Ni3S2/CoNi2S4原位生长在镍层上,相对于另加镍源和传统的浆料涂抹的方式,这种方式下活性物质和基底的连接更紧密。因此可以加速离子和电子的传递,从而加快氧化还原反应速率。同时也避免了粘结剂对电极的影响,使得电极具有更优秀的电化学表现。研究表明,该电极具有十分优异的电化学储能性能,在2 mA·cm-2的电流密度下比容量可以达到2.2C·cm-2。得益于紧密的连接,电极具有良好的循环稳定性,在大电流密度下循环500圈之后容量保持率达80%。以该电极和氧化石墨烯电极组装的非对称超级电容器在水系下当功率密度为16 mW·cm-2时能量密度可以达到0.35 mWh·cm-2。以PVA/KOH凝胶为电解质组装的全固态超级电容器能量密度最高可以达到0.45mWh·cm-2。除此之外,非对称器件具有良好的柔性,在弯曲成任意角度的情况下都可以正常使用,电容损耗几乎为0。第三章中,通过熔盐法和两次煅烧法在氮硫掺杂的多孔碳（NSC）上负载了MnO纳米颗粒。多孔碳的引入不仅增加了复合材料的容量,提升了导电性,更为MnO的生长提供了了大量的附着位点,避免了MnO颗粒发生团聚,也为MnO在电化学充放电过程中的体积膨胀提供了空间。研究表明,MnO@NSC复合电极具有优异的性能。在0.1A·g-1的电流密度下,容量可以达到922 mAh·g-1。由于活性炭的引入,MnO@NSC复合材料具有良好的循环稳定性,在2 A·g-1的电流密度下循环1000圈之后,容量较最开始提升了40%。还对由活性炭和该电极分别为正负极组装的锂离子电容器进行了电化学性能测试。测试表明,所组装的锂离子电容器在200 W·kg-1功率密度下具有78 Wh·kg-1的能量密度,循环5000圈后容量剩余70%,该结果也优于之前一些已报道的文献的数据。综上所述,本工作丰富了过渡金属氧/硫化物材料体系,为过渡金属氧/硫化物复合电极的制备指明了方向。也为制备柔性超级电容器提供了可行的工艺路线。
其他文献
传统化石燃料的燃烧导致过量CO2排放和能源短缺问题已经严重地威胁到了人类的生存和发展。如何研制出能够解决能源和环境问题的新型有效技术成了科研人员们研究的重点。半导体光催化CO2还原可以将太阳能转化为有价值的碳氢燃料,是一种十分有效且具有广泛前景的技术:一方面它能够解决能源问题实现可持续发展,另一方面它能够降低空气中CO2的含量解决环境污染问题。石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种非金属光催化剂,由于
锂离子电池于上世纪90年代开始商业化,并且迅速应用于人类社会的各个领域（例如通信、医疗、交通等）,推动了全球经济的持续稳定发展。但随着社会经济的不断增长,人们对于锂电池的能量密度提出了更高的要求。以石墨(理论比容量为372 m Ah g-1)作为负极,搭配磷酸铁锂正极材料的传统商业锂离子电池已经无法满足日益增加的能量密度需求。金属锂作为元素周期表中的第一主族元素,不仅具有高的理论比容量(3860
酚醛树脂具有良好的耐热、阻燃性能、低发烟率、价格低廉等特点,但传统的酚醛树脂固化温度较高、固化速度较慢,固化物脆性较大等问题,制约了酚醛的广泛使用。环氧树脂具有优异的粘接、物理机械性能及电性能,但其耐热性和阻燃性较差。将环氧树脂与酚醛树脂进行共混改性能够更好的发挥各自的优点。酚醛/环氧树脂固化温度较高、固化速率较慢是该共混体系的主要问题。国内外研究结果表明,通过该固化促进剂能够提高树脂体系的反应活
连续纤维增强热塑性树脂基复合材料由于其比强度高、高刚度、高韧性、可重新回收利用的特性而在航空航天、汽车工业、电子、基础设施和船舶工业等领域获得了广泛的应用。对于连续纤维增强热塑性树脂基复合材料而言,热模压成型方式具有其他成型方法所不具有的一些优势,如可快速成型,可较大程度的减少人工操作,成型制件的形状尺寸可较好的满足预期要求等等。目前研究者们已经对连续纤维增强热塑性复合材料热模压成型开展了一些实验
由于酚醛树脂能够在非氧化高温环境中生成较多的裂解碳,因此常被用作耐热材料、耐烧蚀材料的基体树脂。然而在有氧高温环境下其存在热稳定性差,热分解温度低等缺点,这些极大地限制了其在极端环境下的应用。如何提高酚醛树脂的耐热性,尤其是高温有氧环境下的耐热性,是酚醛树脂改性研究的重点。POSS作为一种陶瓷先驱体和纳米杂化材料,有独特的分子可设计性的优点。通过化学官能团设计合成含有酚基的POSS单体,作为一种特
水泥行业碳排放量日益增加,主要归因于作为水泥行业基础原料的普通硅酸盐水泥高钙组分的设计。因此降低水泥熟料中C3S含量、增加C2S含量是降低水泥行业碳排放量的有效途径之一;同时利用γ-C2S自粉化特性制备以其为主要矿物组分的熟料,能够进一步减少熟料的粉磨能耗。本文利用工业钙质与硅质原料,通过设计生料配合比与煅烧制度制备出γ-C2S熟料,并研究其碳化性能,揭示了Fe2O3和Al2O3等杂质对γ-C2S
目前,商业化钠离子电池大多数采用液态电解液,其中的有机溶剂可以提供一个适宜的环境便于钠离子的运输,但由于有机液体溶液的可燃性,会导致钠离子电池存在安全隐患。相比于有机液体电解质,固态电解质通常在热稳定性、安全性和电化学耐久性方面具有多重优势,展现出极大的应用前景。但无论是陶瓷固态电解质还是聚合物电解质都面临着严重的界面问题,因此,针对如今钠离子固态电解质的低离子电导率、高界面阻抗以及繁琐的制备工艺
瓷绝缘子作为高压输电线路不可或缺的重要组成部分之一,主要起着支撑与绝缘的作用。随着国内特高压建设的不断发展,高架线路电压等级不断提高,输电线路的延长以及冰冻、雨水、高温等恶劣气候条件对瓷绝缘子的影响,对瓷绝缘子的机械性能和绝缘性能提出了更高要求。水泥胶合剂作为瓷绝缘子的重要组成部分之一,目前国内的相关研究存在以下几个问题:（1）绝大部分工厂采用硅酸盐水泥作为瓷绝缘子用水泥胶合剂,但其力学强度已无法
锂离子电池（LIBs）自1991年取得商业化以来,在电子产品、电动汽车以及大规模存储等领域中取得了广泛的应用。但锂离子电池面临着日益严峻的锂资源储量贫瘠、矿产分布不均、生产成本不断上升等关键问题,无法满足未来大规模储能的需求。相比之下,钠离子电池（SIBs）凭借Na资源丰富的矿产储量和易获得的原材料逐渐受到研究者的关注。此外,钠和锂元素具有十分相似的化学性质。在未来的储能领域中,钠离子电池有望替代
锂硫电池（Li-S）作为最具前景的二次电池之一,具有超高理论比容量(1675m Ah g-1)、价格低廉、绿色无污染等优点。但锂硫电池存在正极材料电导率低、体积膨胀高（～80%）以及多硫化物容易溶解在电解液中并导致穿梭效应等缺陷,使得电池容量衰减快,循环性能差。因此锂硫电池的发展及应用被严重限制。本文通过将中空介孔碳分别与硫化锡纳米片和硒化钼纳米片复合来负载单质硫作为锂硫电池正极,来增强正极的导电