石墨烯纤维素柔性自支撑膜的制备及其用于锌离子混合电容器性能研究文献综述

 2022-06-14 21:52:54

引言

随着全球经济和工业技术的快速发展,人们对于高能量密度、高功率密度以及长循环寿命的高性能能源器件的需求也愈发强烈。传统的锂离子电池具有较高的能量密度,从而实现了商业化[1-4],但低功率密度和较差的循环寿命限制了其进一步应用。相比之下,由于表面快速的离子吸脱附储能机理,超级电容器具有高功率密度(~10 kW∙kg-1)、长循环寿命(可达10万次以上)等特性,但是其能量密度(5~10 Wh∙kg-1)远低于锂离子电池[5-7]。因此,有必要结合电池和超级电容器的优点,发展同时具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命的储能器件。

混合型超级电容器是一种新型储能装置,也是混合电动汽车的常用电源,与传统电容器相比,容量大、能量高,有着显著的优势。混合型电容器是一种介于超级电容器和二次电池之间的新型储能装置,是现代电子、交通等行业理想的动力电源。混合型电容器与传统超级电容器相比,在能量密度和工作电压上均得到了较大的提高。混合电容器将电池型阳极与电容型阴极材料结合在一起,从而实现了器件的高能量密度和高功率密度。其中,锂离子混合电容器(LIHC)作为一种典型的混合电容器已经被广泛研究并取得了重大进展[8-10]。但锂资源的有限储量和高昂成本,促使研究人员寻找基于Na [11,12]、K [13,14]、Zn2 [15]、Ca2 [16]等替代能源储存系统。钙离子电容器受限于负极材料动力学不足的缺点,性能方面并不理想。钠和钾由于化学性质与锂相似,且储量丰富、价格低廉,已经得到了极大的研究。然而,由于钠、钾离子高的化学活性,其负极材料一般需要进行离子预嵌,且只能用于有机电解质中,这会带来安全问题并造成环境污染。在这方面,锌离子水系电解质由于更好的安全性、更低的成本、更高的离子电导率显然具有更好的发展前景[17-18]

  1. 锌离子混合电容简介

混合型超级电容器是一种新型储能装置,也是混合电动汽车的常用电源,与传统电容器相比,容量大、能量高,有着显著的优势。混合型电容器是一种介于超级电容器和二次电池之间的新型储能装置,是现代电子、交通等行业理想的动力电源。多价离子在反应时提供的电子为单价离子的2到3倍,因此基于多价离子的储能器件已经引起广泛关注。锌金属阳极由于具有高的理论容量(820 mAh∙g-1)、氧化还原电位低(相对标准氢电极为0.76 V)、在水中稳定、良好的双电子氧化还原性(Zn0/2 )等优点,已经在水系锌离子电池中展现出了优异的性能[19-23]

  1. 锌离子混合电容器特点

(1)与传统电容器相比,容量大、能量高;

(2)能量密度和工作电压上均得到了较大的提高;

(3)安全性高、成本低;

(4)离子电导率高;

(5)循环使用寿命长;

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