解析电化学储能用纳米碳复合材料宝马娱乐在线

作者:科技材料

相关论文信息:

综上,我们在石墨烯复合电化学储能材料方面开展了较为系统的研究,得到了国内外同行的广泛关注,相关论文已被引用超过3100次,并应邀撰写综述论文3篇。特别是较早地开展了Co3O4[3]和Fe3O4[4]与石墨烯复合作为高性能电极材料的研究,并且给出了相应的结构模型(如图3所示),提出了石墨烯与氧化物复合是石墨烯在储能器件中应用的一个重要发展方向,因此获得了广泛关注,这两篇论文已被引用1200余次。

以锂离子电池为代表的电池型器件和以超级电容器为代表的电容型器件是目前两类重要的电化学储能器件。电化学储能是电能与化学能相互转化的过程,涉及到电解质离子的扩散迁移、吸脱附等过程。而碳材料是一类不可多得的可以高效存储离子的宿主材料。更突出的是,碳材料中的离子通道,不仅提供了快速的离子输运路径,而且可以使电解液浸润更多的孔道、碳层。构建并探究离子通道的物理化学性质是一个具有重要意义的话题。

宝马娱乐在线城 1

中外学者探讨离子通道对碳材料储能影响

碳材料具有结构多样、表面丰富、可调控性强、化学稳定性好等优点,因而一直是电化学储能材料的理想候选,比如商品化的锂离子电池采用石墨作为负极材料,而超级电容器的电极材料主要是活性炭。近年来,以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料快速发展,其独特的结构和优异的性能为其在电化学储能领域的应用提供了新的机遇。

研究人员在文中深入讨论了影响碳孔道内离子响应的动力学因素,包括尺寸和表面化学的本构效应,并指出作为一种相对简单的二维离子通道模型,层状的石墨烯为研究离子在受限空间中的吸附/传输特性提供了新的思路。

李峰 刘畅 任文才 成会明*

近日,《国家科学评论》发表了由中国科学技术大学及法国图卢兹第三大学研究人员撰写的综述文章,从碳材料中离子通道的制备策略和储能应用的最新研究进展入手,重点分析了离子通道与碳材料储能特性的关联等。

沈阳材料科学国家(联合)实验室先进碳材料研究部长期从事碳材料相关的电化学储能材料与器件的研究和工业应用探索。通过对微观结构和纳米尺度效应等基础科学问题的研究,开发清洁、高效、安全、长寿命的电化学储能材料和器件,并实施成果转化,尽可能为工业界提供有效的电化学储能材料与器件的技术解决方案。研究领域涉及电化学储能材料的制备、反应机理、新型电化学储能材料及器件的设计与应用。已开展的研究工作包括:根据纳米碳材料的结构特点,进行碳纳米管、石墨烯和多孔炭等碳基材料的结构设计和制备,并应用于高性能锂离子电池、超级电容器和锂硫电池;开展电化学储能材料的工业应用和推广;发展碳基柔性电极材料和柔性电化学储能器件。

此外,综述还总结了该领域尚未攻克的挑战并展望了未来发展方向。

较零维、一维和三维材料,石墨烯独特的二维柔性导电结构在与其他纳米粒子,特别是高容量金属或氧化物粒子,复合用于储能器件的电极材料方面具有得天独厚的优势,也是石墨烯独特结构和优异性能的完美体现之一。通过将具有优异导电特性的二维柔性结构的石墨烯与具有优异电化学储能特性的刚性纳米粒子状电极材料复合,可形成纳米粒子填充的柔性多孔结构:一方面纳米粒子的间隔作用可有效抑制石墨烯的团聚,以保持其二维结构特点,发挥其大的比表面积特性,同时可形成灵活的多孔结构;另一方面石墨烯柔韧的二维结构、大的比表面积和优异的导电特性,可有效阻止纳米粒子电极材料的团聚,实现石墨烯和纳米粒子间的良好接触,建立起高速电子传输通道,同时其优异的力学性能可有效抑制纳米粒子活性物质在充放电过程中由于体积变化造成的脱落。因此,通过具有优异导电性能的二维柔性结构和高容量的零维刚性结构间优势互补的协同作用,可望大幅度提高超级电容器和锂离子电池的性能,同时也可以发挥在新电化学系统中的作用。同时,石墨烯的纳米尺度效应、界面效应以及柔性多孔碳结构的构筑是石墨烯/纳米粒子储能复合电极材料研究中具有共性的基本科学问题。所以,基于不同的应用目标,有针对性地设计、构建石墨烯基柔性多孔碳结构,建立和发展石墨烯和纳米粒子的复合技术,探索复合电极材料制备中的基本科学问题,并系统研究柔性多孔碳的结构、输运特性和复合电极材料储能特性间的相互关系以及石墨烯的纳米尺度效应和界面效应等,对于获得性能优异的石墨烯/纳米粒子储能复合电极材料十分必要。因此,我们系统论述了将石墨烯与具有较高电化学容量的纳米氧化物电极材料复合提高储能器件性能的思路[2]。

本文由宝马娱乐在线城发布,转载请注明来源

关键词: