<video id="fz3vv"><big id="fz3vv"><th id="fz3vv"></th></big></video>

        <var id="fz3vv"><thead id="fz3vv"></thead></var>
        <ruby id="fz3vv"><span id="fz3vv"><span id="fz3vv"></span></span></ruby>

            劉金平教授近期工作精選匯總

            劉金平教授近期工作精選匯總

            作為兩類典型的電化學儲能器件,鋰離子電池和超級電容器已經廣泛地應用于人們的日常生活中。而未來新興應用領域的需求對下一代電化學儲能器件在安全性、比容量、能量密度、功率密度及循環壽命等方面提出了更高的要求。因此,近年來已逐漸發展出了諸多新型的儲能器件,如高電壓水系電池/電容器、二次電池-超電容混合儲能體系、固態電池、柔性電池等。

            武漢理工大學劉金平教授團隊長期從事三維薄膜/陣列儲能電極與器件的設計及優化制備。近年來,圍繞一體化薄膜固態儲能器件的目標,在三維電極、電解質及二者界面優化到器件設計、機理與組裝等方面開展了系列基礎研究工作,近期取得的部分研究結果如下:

            1. Adv. Sci.: 無干擾揭示δ-MnO2 “層-到-層”儲鋅機理助力高性能水系鋅錳電池

            對于水系鋅電池,劉金平教授團隊曾率先通過引入三維分級碳纖維納米陣列集流體結構(Adv. Mater. 2016, 28, 8732),抑制了鋅枝晶生長,大幅度提高了電池循環壽命。對于水系鋅錳電池,MnO2是研究最多的正極材料之一。但是,與層狀δ-MnO2相比,已報道的其它晶型的MnO2都不可避免的會在首圈發生從隧道到層狀Zn-buserite結構的轉換,這種動力學不利的結構轉換,對器件的性能和多功能性設計具有重要影響?;诖?,團隊報道了一種自支撐的δ-MnO2電極,利用這樣一個無粘結劑和添加劑干擾的電極結合理論計算揭示了其“layered to layered”Zn2+與H+共嵌機制。以此電極組裝的準固態柔性器件具有高能量密度(35.11 mWh cm-3; 432.05 Wh kg-1),功率密度(676.92 mW cm-3; 8.33 kW kg-1,低自放電速率和超長循環穩定性(10000圈),即使在高載量情況下仍然能夠實現良好性能。此外,器件可以在0 ~ 40℃溫度范圍內工作,并有效地驅動不同類型的小型電子設備。該工作通過設計動力學有利的電極結構為發展高性能多價離子電池提供了新思路。

            劉金平教授近期工作精選匯總

            文章信息:Non-Interference Revealing of “Layered to Layered” Zinc Storage Mechanism of δ-MnO2 towards Neutral Zn-Mn Batteries with Superior Performance, Adv. Sci. 2019, DOI: 10.1002/advs.201902795.

            2. Adv. Mater.:相轉變活化構筑2.4 V高電壓水系超級電容器

            高電壓水系電化學能量儲體系在最近幾年已經受到了廣泛的關注。目前主要有兩種策略來實現高電壓:第一種是采用“Water-in-Salt”或者hydrate-melt電解液,但這類電解液使用濃度極高,成本昂貴。另一種有效策略是調控產氫產氧的過電位。一些傳統電極材料已經展示出能夠輕微抑制水電解的能力并且促使水穩定電化學窗口超過了理論值1.23 V。由于在超電容中儲存的電量和電位是呈線性關系,因此,相比于水系電池拓寬水系超級電容器的電壓是個更大的挑戰。迄今為止,高電壓水系超級電容器很少見。為了開發高電壓水系超級電容器,開發具有高電位窗口,高的產氧過電位的正極材料顯得尤為重要。劉金平教授(通訊作者)團隊報道了一種新型Ni-Mn-O固溶體正極材料來拓寬水系超級電容器的電壓窗口。在一個簡單而又獨特的相轉變電化學活化之后,便獲得了在相對較寬電位窗口(0-1.4 V,相對于標準甘汞電極)穩定工作同時抑制OER過程發生的正極,循環穩定性極佳(>5000循環;95.5 %容量保留)。進一步與商用活性炭負極和水凝膠電解質組裝成2.4 V的高電壓水系電容器,獲得最大體能量密度為4.72 mWh cm-3。

            劉金平教授近期工作精選匯總

            文章信息:A Novel Phase-Transformation Activation Process towards Ni-Mn-O Nanoprism Arrays for 2.4 V Ultrahigh-Voltage Aqueous Supercapacitors, Adv. Mater. 2017, 29(36), 1703463.

            3. Small Methods:三維納米電極攜手醚類電解質實現高首庫、高倍率鈉離子電容器

            納米電極材料用于鈉離子儲能器件的關鍵問題是其過高的比表面積往往會發生嚴重的界面副反應,形成厚的SEI膜,導致極低的首次庫倫效率(ICE)?;诖?,劉金平教授(通訊作者)團隊報道了一種鈦酸鈉納米陣列負極與醚類電解質協同以實現高的ICE(91 %,遠高于酯類中50 %)和超快的鈉離子嵌入動力學(120 C,66 %的容量保持率)。一方面,利用醚類電解質可降低界面副反應的特性,與納米片的高度有序性、無復雜多相界面的特征(無粘結劑、添加劑)結合起來,使得整個電極表面形成了更薄且穩定的SEI,有效避免了電解質的進一步分解。另一方面,納米陣列直接生長在集流體上有助于電子的傳遞和離子的擴散,與低阻抗的醚類電解質共同作用,實現了鈦酸鈉負極超高的倍率性能,用于匹配電容型正極。鈦酸鈉負極與商用活性炭組裝成的鈉離子電容器因此展現了高的首圈庫倫效率和優異的循環穩定性能(>10000次)。此類構建無粘結劑和添加劑的納米電極,并結合醚類電解質的使用為解決ICE低提供了一種行之有效的新思路。

            劉金平教授近期工作精選匯總

            文章信息:Synergistic Coupling of Ether Electrolyte and 3D Electrode Enables Titanates with Extraordinary Coulombic Efficiency and Rate Performance for Sodium-Ion Capacitors. Small Methods 2019, 3, 1800371.

            4. Adv. Sci:高性能線狀非對稱型贗電容器

            線狀柔性超級電容器(WFSCs)具有尺寸小、機械彈性好、輸出功率高的特點,并可面向不同需求編織成任意形狀和規格的大尺寸器件,有望為柔性可穿戴電子設備提供可靠電源。目前已報道的WFSCs絕大多數為對稱型器件,受限于體積能量密度。雖然已有研究使用贗電容纖維與雙電層纖維來組裝WFSCs,但由于正負電極比容量懸殊大,對微米尺度下器件的有效組裝和構建帶了很大程度的挑戰,也不利于大幅度提高器件能量密度。因此,如何實現全贗電容WFSCs優異的電化學性能仍是值得思考的關鍵問題?;诖?,劉金平教授(通訊作者)團隊報道了一種以雙層核殼二氧化錳為正極與二氧化鉬納米薄膜為負極的新型非對稱、全贗電容WFSCs,結合直接生長活性電極材料的動力學優勢,成功解決了WFSCs能量密度低和循環壽命不佳的問題。此外,線狀器件電極制備基于商用微金屬絲集流體和水熱、電沉積策略,方法簡單、易規?;?。器件可擴展到1米或更長,易于串聯/并聯和集成,并展現優異的電化學性能。這項研究為開發高能量密度和循環性能優異的WFSCs器件提供了新思路。

            劉金平教授近期工作精選匯總

            文章信息:Scalable Wire-Type Asymmetric Pseudocapacitor Achieving High Volumetric Energy/Power Densities and Ultralong Cycling Stability of 100,000 Times. Adv. Sci. 2019, 6(10), 1802067.

            5. Adv. Funct. Mater.:原子層沉積賦予水系轉化反應電極超長循環壽命用于混合電容器

            鐵的氧化物因其理論容量高、價格低廉等特點是一種很有前景的水系儲能負極材料。經研究發現,鐵氧化物高的理論容量只能通過大的工作電位窗口來獲取,從而引發鐵價態完全轉化而產生相變,最終導致巨大體積膨脹、結構坍塌,導致循環性能差?;诖?,劉金平教授(通訊作者)團隊運用原子層沉積技術將氧化鈦(TiO2)保護層包覆在Fe3O4納米棒陣列上,體現出獨特的多功能性。具體地,利用原子層沉積技術沉積的TiO2,薄膜高度均勻一致,并且沉積量精確可控。文章詳細探究了不同TiO2殼層厚度對復合電極電化學性能的影響,并確定10 nm的TiO2保護層為最佳厚度。TiO2作為低體積變化的負極嵌鋰材料,可以有效地減小Fe3O4納米棒陣列充放電過程中體積劇烈變化所帶來的影響,顯著提高陣列薄膜電極在水系中性電解液中的循環穩定性至上萬次。同時TiO2殼層進一步為電極提供了電容,并一定程度上緩解了水電解現象。另外,復合電極呈高度有序的陣列結構,保障了電子的快速傳輸和電解液的充分滲透。進一步,選擇無粘結劑的電容性材料V2O3@C納米片陣列薄膜與之搭配,構筑全陣列準固態混合超級電容器,獲得了高的體積能量密度和功率密度。器件在溫度適應性、可柔可彎曲等方面亦展現了優異的性能。

            劉金平教授近期工作精選匯總

            文章信息:Conformal Multifunctional Titania Shell on Iron Oxide Nanorod Conversion Electrode Enables High Stability Exceeding 30 000 Cycles in Aqueous Electrolyte. Adv. Funct. Mater. 2018, 28(28), 1800497.

            6. Energy Storage Materials:無充電極性的柔性非對稱超級電容器

            超級電容器由于具有較高的功率密度和超長的循環壽命等電化學特征,成為電化學儲能體系的研究前沿;特別是近年來高性能柔性非對稱超級電容器(FASCs)的興起,促進了柔性、便攜、可穿戴電子設備的發展。但分析發現,所有已報道的ASCs都像二次電池一樣充電時需要區分正負極,只能在一個方向上充電。在實際使用中,誤用充電方向可能會嚴重破壞電容器的結構,通常只能通過額外的工程保護來避免。另一方面,構建ASCs所用到的諸多電極材料(贗電容或電池材料)的本征導電性較差,且電極結構中離子擴散受限,限制了ASCs的電容量和高倍率性能發揮,通常只能通過較為繁鎖的物理/化學合成過程來制備復合電極一定程度上解決上述問題。因此,無論是從基礎研究還是從實際應用角度考慮,設計結構簡單、高性能(穩定、具有快速電荷傳遞動力學)的ASCs電極,構建無充電極性的非對稱超級電容器器件是一件非常有意義的事情。劉金平教授(通訊作者)團隊設計了一種新型柔性非對稱超級電容器,該FASC是采用CVD法在碳布上生長的Ni@CNT三維網狀薄膜電極作為正負極,堿性水溶液作為特定電解質進行組裝的,可以在不區分電極極性的情況下進行充電。在此設計中,其中一個電極上發生活化Ni納米顆粒與OH的氧化還原反應,而另一個電極通過CNTs與電解液表面產生的雙電層進行儲能,使得整個器件具有非對稱性特征和1.8 V的高電壓。研究人員使用PVA-KOH凝膠電解質組裝成的準固態柔性器件能夠提供1.39 mAh cm-3的高體積能量密度,440 mW cm-3的功率密度以及高達10000次的優良的循環性能?;谏鲜鎏厥獾钠骷Y構和儲能機理,在頻繁交替充電方向的情況下,此FASC展示出幾乎不改變充放電曲線形狀,保持良好的循環穩定性,并驅動小型電子設備運行的特征。

            劉金平教授近期工作精選匯總

            文章信息:A non-polarity flexible asymmetric supercapacitor with nickel nanoparticle@ carbon nanotube three-dimensional network electrodes. Energy Storage Materials, 2018, 11, 75-82.

            供稿丨劉金平團隊

            部門丨媒體信息中心科技情報部

            主編丨張哲旭

            劉金平教授近期工作精選匯總

            劉金平教授近期工作精選匯總



            劉金平教授近期工作精選匯總

            清新電源投稿通道(Scan)


            劉金平教授近期工作精選匯總

            本站非明確注明的內容,皆來自轉載,本文觀點不代表清新電源立場。

            發表評論

            登錄后才能評論