摘要:近年来,随着环境污染和能量短缺等问题的逐渐严重,人们对高效、绿色、成本低廉的能量储存装置的关注度越来越高。其中超级电容器凭借高能量和高功率的显著电化学性质的优势被认为是有前途的能量存储系统。硒化物不仅具有优良的半导体性质、光电特性和非线性光学特性,还具有独特的电学性质、特殊的化学性质和良好的化学稳定性,可以作为下一代储能装置的高性能电极。因此可以将过渡金属硒化物作为超级电容器的正极材料,组装成一个新型储能器件,既做到保护环境又实现节能。
随着社会的发展和科技的不断进步,我们对能源的需求也在日益增加。但随之也带来了诸多的问题,例如:环境污染、能源危机、全球气候变暖、温室效应等问题。设计优异的储能装置显得十分重要和迫切。超级电容器和电池是两种主要的储能类型。基于不同的储能机制,超级电容器在功率密度方面的优势比较明显。与二次电池和传统电容相比较,超级电容器具有高的功率密度、快速的充放电过程、优异的循环稳定性、快的动态响应、长的寿命、低的成本、环境友好和安全等优点。
超级电容器与电池有着类似的储能装置,都包含有正极、负极、电解质等。通常情况下,超级电容器被视为介于电池和传统电容器的一种储能装置。近几年,全固态超级电容器取得了重大的突破,可以进一步的提高电容和能量密度,扩大工作电压窗口同时可以降低成本,也可以满足携带式和可穿戴电子设备的实际要求。
在过去的几十年中,金属氧化物和硫化物作为全固态超级电容器的电极材料得到了广泛的研究,如CoO、NiO、ZnS、CoNiS等。Se作为O和S的同族元素,不仅具有与O和S相似的化学性质,而且Se有着相对O和S更强的金属性。与金属氧化物和硫化物相比,金属硒化物有着更高的电化学活性,并且可以在很大程度上增强电导率。因此,我们可以预测金属硒化物作为电极材料显示出良好的电化学性质,将硒化物作为全固态超级电容器的正极材料,必然发挥出更优异的储能特性。
1、超级电容器的结构及原理
超级电容器有三个必要的组成部分:电极材料、电解液和隔膜。根据储能机理和活性物质的不同,可以把超级电容器分为双电层电容和赝电容。
1.1 双电层电容器
双电层电容器相比采用电化学的电池,其充放电过程完全没有涉及到物质的变化,主要是通过静电吸附作用进行电荷储存。
1.2 赝电容器
赝电容,也称法拉第准电容,是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,电活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附,脱附或氧化,还原反应,产生和电极充电电位有关的电容。
2、硒化物超级电容器性能
硒化钴、硒化镍、硒化钼均表现出超级电容器电化学性能,以各种硒化物为研究对象,将电极材料设计与储能器件构筑结合起来,从而开发出性能更高且更具实用价值的超级电容器器件。
2.1 硒化镍
硒化镍作为在三电极系统中具有优异性能超级电容器的电极材料具有深入研究的价值和意义。硒化镍具有低带隙性、良好的电荷转移电导率并且可以基于各种氧化态。此外,结构和形态的控制可以改善超级电容器电极材料的性能。在三维泡沫金属框架中合成硒化镍电极材料,这种方法可以减少电极材料的步骤并且可以增加特定的性能和容量。之后,主要通过改变反应温度、反应时间或溶剂体系来进行对硒化镍物质形态和结构的调整。使用在镍泡沫上生长的分层纳米片硒化镍微球作为超级电容器的电极材料,提高电化学的性能。
2.2 硒化钼
在镍泡沫上电沉积的硒化钼纳米片,可用于超级电容器的正极材料。二硒化钼在电化学,光催化和光电子系统中的应用越来越受到关注。可被认为是石墨烯的合适替代品,主要是其分层结构,由Se-Mo-Se三层分离而成,具有优异的固有导电性。
在泡沫镍上生长纳米片,结果显示/Ni电极具有低电阻和良好的电容性质。循环伏安法研究表明,MoSe2/Ni电极的电荷存储特性存在离子嵌入/脱嵌过程,可以实现548mAh的高比容量。非线性GCD曲线的存在突出了/Ni电极中的电池类型电荷存储过程,具有更好的循环稳定性。观察到的/Ni电极的高电荷存储容量可能归因于各个纳米片之间的层间距增大以及纳米片在Ni泡沫上的直接整合。
2.3 复合金属硒化物
复合金属Ni、Co基化合物显示出比单金属Ni或Co化合物更优良的电化学活性。NiSe-CoSe的混合物质作为超级电容器的正极材料,NiSe-CoSe样品显示出优异的电化学活性,NiSe和CoSe之间的比例可以极大地影响它们的电化学活性。由于该物质的中空结构为电荷储存提供了更好的电极性能,Ni和Co的共存为电化学过程提供了更丰富的电化学反应,并且不同的Ni和Co比可用于调节NiSe-CoSe样品的电化学性能,可以改善预期的电化学性能。然而,在NiSe-CoSe的混合物质的研究方面,技术相对不太成熟,但是值得我们去研究和发展。
3、展望
在全球能源危机日益严重的情况下,储能器件的研究与发展也愈加迫切。超级电容器在需要更高效更可靠电源的新技术领域中起着越来越重要的作用。过渡金属硒化合物的法拉第赝电容较大,被认为是超级电容器理想的电极活性材料。金属硒化物作为一类新的超级电容器的电极材料使得超级电容器具有优良的性能。而混合金属硒化物与单金属硒化物相比又具有更优异的性能,比如Ni和Co的混合硒化物,Mo和Co的混合硒化物等,都具有很好的电化学性能。未来我们可以在金属硒化物方面进行深入的研究。我们有理由相信,硒化物作为超级电容器正极材料组装成一种新型储能器件,可以为各行业提供在蓄能和输电等方面的解决方案。
李颂战,蔡子豪,陈益姝,等.硒化物纳米材料应用于超级电容器储能研究状况[J].西部皮革,2019,41(23):118-119.
分享:
传统硅基锂电池在进行充放电的过程中,会发生体积膨胀碎裂,影响硅基材料的活性,进而对其充放电稳定性和倍率性能产生影响。为了进一步提升硅基锂电池的导电性能,部分学者也进行了很多研究,如魏素凤[1]制备了一种氮掺杂Co/Co3O4@C核壳纳米粒子核壳结构复合材料作为锂电池的负极材料,并对其电化学性能进行研究。
2023-10-26为了应对即将到来的规模化、可移动储能的需求,基于碱(土)金属离子的二次离子电池得到了研究者们广泛的关注。其中,许多过渡金属氧化物有望成为二次离子电池的阳极材料。基于铁的氧化物(如Fe2O3、Fe3O4)的微纳米结构材料作为阳极材料有诸多优势,包括比容量高、价格低廉、安全性好、环境友好等。
2023-10-26创新是驱动发展的动力,社会各个行业的优质发展都需要不断创新,电气工程领域的发展也不例外。随着科技的发展,更多高性能且环保的材料走进电气工程领域。这些新材料的广泛使用,优化了电气产业结构,提高了电气的各种性能,有些还大幅降低了电气工程项目成本,推动了新技术在电力行业的运用,促进电气行业的可持续发展和创新。
2021-12-03聚束电阻率法是一种传统的物理勘探方法之一,在矿产普查、能源勘探、地质填图以及水文、工程地质调查等方面,都取得大量成果,发挥了重要作用[1]。传统的聚束直流电阻率法采用7个电极组成的聚束电极系或单点源进行探测,此方法探测效率低,探测深度和精度无法保证,通过减少电极数量、增加点源数量,简化测试过程,从而改善聚束效果、提高探测效果和工作效率。
2021-10-07随着现代科技的不断进步发展,社会发生了巨大变化,智能化成为当前一个主打方向,随着电工电子技术的创新发展,电工电子技术不断应用到各个领域中,许多行业的信息化发展得到了鼓励,这也促进了国家的经济发展。在这种背景下,各行各业均开始进行改革创新,将电工电子技术与产业完美融合,为社会发展作出巨大贡献。
2021-04-27漆包线是最基础的电工材料之一,主要制造方法包括连拉连包和单涂覆两种(暨高速连拉连包漆包机和低速多头漆包机两种漆包设备制造漆包线的生产工艺),目前漆包线制造业主要采用高速连拉连包生产工艺,其采用“铜杆→拉丝→清洗→退火→绝缘漆涂敷→烘烤→冷却吹干→在线检测→润滑→成卷收线”的生产工艺,生产流程长。
2020-12-28石墨是目前加工行业应用最广泛最多的电极材料。石墨电极质量轻,具有良好的耐腐蚀性和韧性[1],国内外厂商对于石墨电极的需求量与日俱增。石墨电极在高温下也不软化、不熔化,在实际的生产加工中正在逐渐取代原有的铜电极,因而被大量使用到冶炼金属与有色金属等相关领域[2]。
2020-12-05从目前的输变电工程实际发展情况来看,我国在35kV、110kV等线路工程的研究中已经取得了初步的成果,然而现用的单杆结构本身不具有太大的承载能力,在许多场景下难以得到有效应用。格构式复合材料塔虽然具有突出的承载能力,然而由于过于复杂等原因,目前我国的研究还不够成熟。我国在输变电工程复合材料方面的研究取得了一定的突破。
2020-11-11为满足电子真空应用的磁场及应用要求,设计研制的磁体采用高效的传导冷却低温系统,通过两级的温度平台实现超导磁体的低温工况的冷却。为实现高精度的均匀场区域,超导磁体绕组采用高精度一体化加工的骨架及密绕工艺,最大程度实现场设计精度。通过最终的实验测试,验证了研制磁体的稳态维持温度、磁场精度等关键指标。指标满足设计的要求。
2020-10-24电力企业作为国有基础行业之一,长期的稳定发展也使得企业缺乏改革创新的精神,企业的软硬件基础设施尚不能支撑物联网技术的迅速增长。通过分析现阶段电力物资管理体系存在的问题,结合物联网技术的鲜明特征和显著优势,全面探讨电力物资管理部门如何巧妙借助物联网技术发展的有利条件,最大限度地对电力物资管理体系进行合理完善和科学优化。
2020-10-21人气:6236
人气:4419
人气:3888
人气:3671
人气:3217
我要评论
期刊名称:材料研究学报
期刊人气:1802
主管单位:中国科学院
主办单位:国家自然科学基金委员会,中国材料研究学会
出版地方:辽宁
专业分类:工业
国际刊号:1005-3093
国内刊号:21-1328/TG
创刊时间:1987年
发行周期:月刊
期刊开本:大16开
见刊时间:一年半以上
影响因子:0.712
影响因子:1.250
影响因子:1.632
影响因子:0.192
影响因子:0.705
400-069-1609
您的论文已提交,我们会尽快联系您,请耐心等待!
你的密码已发送到您的邮箱,请查看!