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超级电容技术发展趋势: wusaite 2019-8-23 16:52; 超级电容技术发展趋势伍赛特 1 目前超级电容的技术重点从 IPC 分布来看，超级电容领域全球专利主要集中在 H01G9 （电解电容器、整流器检波器、开关器件、光敏器件或热敏器件；其制造方法）、 H01G11 （混合电容器，即具有不同正极和负极的电容器；双电层（ EDL ）电容器；其制造方法或其零部件的制造方法）、 C01B31 （碳及其化合物）、 B60L （电动车辆动力装置；车辆辅助装备的供电；一般车辆的电力制动系统；车辆的磁悬置或悬浮；电动车辆的监控操作变量；电动车辆的电气安全装置）。从专利地图来看，超级电容领域技术点分布于不同材质的电极材料、电解质、隔膜及其制备方法，以及超级电容的应用领域――汽车、计算机、储能系统、电源等的制造方法。再结合相关分析，发现技术主要集中在超级电容单体及其制造方法、电极材料（活性炭、石墨烯、碳纳米管、金属氧化物等）及其制造方法、应用超级电容的电动车或混合动力车及其制造方法，其中电动车或混合动力车及其制造方法属于超级电容应用领域，是目前超级电容发展方向之一。 2 超级电容技术功效分析 2.1 全球超级电容技术功效分析为了解超级电容技术需求、研究热点和空白点，对超级电容按照组成部件进行分析。部件包括电极、隔膜、电解质〔电解液）、集流体、外壳（密封）、黏结剂，功效研究主要涉及降低超级电容内阻、增加超级电容比电容量、提高超级电容能量密度、提高超级电容功率密度、延长超级电容循环使用寿命、提髙超级电容循环稳定性、降低超级电容自放电率、加强超级电容结构设计八个方面。从技术功效图上看，全球超级电容研究主要集中在电极、电解质（电解液），其次是外壳（密封）、隔膜，集流体、黏结剂两个部件技术领域专利申请量相对偏少，主要由于电极、电解质（电解液）是影响超级电容器性能的核心部件。功效中，降低超级电容内阻、增加超级电容比电容量、提高超级电容能量密度、提高超级电容功率密度、延长超级电容使用寿命五个方面，专利申请居多，对提高循环稳定性、降低自放电率、加强结构设计三方面的专利申请量较少。这与现阶段对超级电容的研究主要集中在能量、功率等重要性能指标，对超级电容结构设计研究相对较少的研究现状，基本一致。 2.2 中国超级电容技术功效分析与全球相似，中国超级电容专利申请也集中于电极、电解质（电解液）两个部件，其次是在外壳（密封）部件，在隔膜、集流体方面的专利申请相对偏少，对于黏结剂的研究微乎其微，主要是由于国外电极、电解质技术垄断。近年来中国推出超级电容重大项目，加大对超级电容电极、电解质材料及其制备技术的研究力度，推进超级电容部件原材料国产化。从功效来看，在增加超级电容比电容量、提高超级电容能量密度、提高超级电容功率密度、延长超级电容循环使用寿命四个方面是中国申请人追求的功效热点，其次是降低超级电容内阻，较少涉及提高循环稳定性、降低自放电率和结构设计的研究。高比电容量、高能量和功率密度、长循环寿命是持续关注的技术热点，提高循环稳定性、降低自放电率和结构设计是今后技术发展的突破点。 3 超级电容未来技术趋势发展能量密度低是制约超级电容器发展与广泛应用的重要因素，是较难突破的技术瓶颈，因而提高超级电容器能量密度成为超级电容器的根本任务，也是难点所在。具体而言，寻找新型电极活性材料、新型高导电率电解质材料是目前乃至今后一段时期超级电容器研究的关注热点。原材料生产工艺和装备技术的改进是突破国外技术垄断，实现超级电容器产品一致性的关键所在，也是推进超级电容器原材料国产化的难点。超级电容器单体制备技术，如耐高压超级电容器单体制备技术、高比能超级电容器单体制备技术等，是当前发展重点。超级电容集成设计、结构设计是目前研究较少，但未来值得重点关注的几个方面。锂离子超级电容器、混合型超级电容器等新一代超级电容器是重要发展方向。在超级电容器应用方面，超级电容器系统组装、系统监测、模组集成技术、新能源汽车储能系统、均衡系统、外部电源管理、热管理系统，能源管理系统（ CMS ）等方面的研究和专利申请相对偏少，是研究重点。超级电容器与锂电池、燃料电池结合技术，是电动车应用的新关注点。超级电容客车、超级电容公交车、超级电容轨道交通车等技术突破，是持续关注热点。参考文献张红辉，董莎，石璐珊 . 基于专利情报的新能源汽车动力系统技术预见研究 . 北京：知识产权出版社， 2017.05.; 个人分类: 科普集锦|4300 次阅读|0 个评论

综述 | 超越石墨烯：新型二维材料在金属离子电池和超级电容器中的应用: nanomicrolett 2019-5-6 21:37; Beyond Graphene Anode Materials for Emerging Metal Ion Batteries and Supercapacitors Santanu Mukherjee 1 . Zhongkan Ren 1 . Gurpreet Singh 1 Nano-Micro Lett. (2018) 10:70 DOI:10.1007/s40820-018-0224-2 本文亮点 1 全文综述了用于电池和超级电容器电极的新型二维材料，特别是 MXene 和磷烯。分别介绍了材料的制备技术、材料结构以及比较了不同材料的电化学性能。 2 详细介绍了传统负极材料的局限性以及二维材料在解决这些不足中的重要作用，此外还详述了该领域未来的发展趋势。内容简介在过去的三十年中，锂离子电池已成为主要的电化学储能装置，但是锂离子电池使用的锂和钴存在资源分布不均、储量低以及价格昂贵等问题，因此开发新型的储能体系迫在眉睫。对于非锂离子电池的储能系统，由于金属离子（钾离子、钠离子、镁离子等）离子半径较大以及动力学较慢，电极正负极材料的发展面临重大的挑战。二维材料由于其独特的电子结构及物理、化学性质（大表面积、高导电率、高热导率和机械强度）而被广泛地应用于锂、钠、钾二次电池的电极材料，用以满足日益增长的高能量密度、高功率、高倍率性能和循环性能的要求。目前，有许多二维纳米材料应用到储能材料研究，如石墨烯、过渡金属氧化物、过渡金属二硫化物、磷烯、MXenes 等。二维纳米材料的发展为清洁能源装置的研发和应对全球能源需求带来的挑战提供了极大的机遇。石墨烯作为典型的二维材料被广泛应用于储能电池体系的电极材料中。美国堪萨斯州立大学Gurpreet Singh 教授课题组重点综述了除石墨烯之外的用于非锂离子电池体系的新兴二维电极材料。详细比较了二维材料的化学性质、结构和性能参数等。图文导读 1 2D材料的结构图12D材料(主要包括磷烯、Mxene和TMD)的晶体结构、晶格参数以及典型的SEM和TEM图像。二维材料的晶体结构和电子特性决定了其电化学性能，同时单层/几层跟块体材料的形貌差异也影响它们作为电极的电化学性能。 2 电化学储能二维材料的制备方法图2用于大规模合成电极材料的各种“自上而下”的制造技术示意图，主要包括：液体剥离、机械剥离、插层辅助剥离和选择性刻蚀剥离。二维材料的制备方法十分重要，它极大地影响了二维材料的最终形态，电子特性，甚至机械和化学稳定性。 3 新型二维材料（1）过渡金属二硫化物（TMD）图3 TMD（MoS 2 ）作为SIB电极材料的结构表征及电化学性能分析图4用于非锂超级电容器的二维TMD电极的结构表征和电化学性能。（2）Mxenes 由于层状结构和高导电性能，MXenes被认为是最具潜力的金属离子电池负极材料之一。 MXenes不仅具有低的锂离子扩散势垒和高的电导率，可以促进离子/电子运输，而且MXenes与金属氧化物等材料复合，可以缓解它们在充放电过程中体积膨胀的问题。图5 Mxene在KIB作为电极材料的结构表征和电化学性能分析。图6 Mxene (N掺杂Ti 3 C 2 T x )作为超级电容器电极的结构表征和电化学性能分析。（3）磷烯磷烯，作为后石墨烯时代研究的焦点，具有褶皱的二维层状结构，直接能带间隙，层内各向异性及超高的钠电理论比容量，近年来在光电、催化、新能源材料等领域大放异彩。磷烯具有很高的理论比容量（2596 mAh/g），目前用来制备磷烯的方法主要是液相剥离，但其耗时长、产率低并且易导致晶体缺陷，严重阻碍了磷烯基材料的发展。电化学阴极剥离是一种具有高效、可控、可扩展等优点的方法。图7磷烯在钠离子电池作为电极材料的结构表征和电化学性能分析图8磷烯作为超级电容器电极的结构表征和电化学性能分析作者简介主要研究领域：长期从事纳米技术领域相关研究工作，重点研究二维材料的加工、结构与性能表征，储能陶瓷，以及液相剥离方法制备原子级氧化石墨烯、钨和二硫化钼薄片并应用在金属离子电池领域。主页链接： https://www.mne.k-state.edu/people/faculty/singh/ 相关阅读 1 硼烯纳米带：一种新型二维结构材料的电学和磁学特性 2 二维纳米片材料的储能应用 3 综述：基于二维过渡金属氧化物和硫化物的光催化剂关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624; 8569 次阅读|0 个评论

Alice Wonderlab最新成果: 高可压缩性自驱动健康监测系统: 热度 3 张海霞 2017-8-11 21:42; 【引言】随着柔性可穿戴电子的快速发展，研究者在不断追寻匹配的能量单元与功能器件，而考虑到实际的应用情况，可穿戴设备已经不仅仅需要满足柔性轻便等基本特点，更需要在非平面与有限空间内保持稳定工作的能力，因而具有一定的可压缩能力对整个系统显得尤为重要。但是，现有的大部分功能器件无法在应变情况下稳定工作，并且当应力过大情况时还容易失去原有的功能。一方面，考虑到制备工艺简单成本低等优势，压阻传感器被广泛应用于人体动作监测，但是传统的结构对于小应变灵敏度不够，仍存在一定得制约。而另一方面，为了持续稳定的供能，传统的超级电容器虽然具有良好的电化学性能，但是无法满足较大应变下稳定工作的需求。因此，如何制备具有可压缩性的自驱动集成电子系统，并应用可穿戴领域与健康监测方面，是一个亟待解决的巨大挑战。【成果简介】近日，北京大学微电子学研究院张海霞教授研究小组在材料领域顶尖期刊《 Small》上发表了题为 “Highly-CompressibleIntegrated Supercapacitor-Piezoresistance-Sensor System with CNT-PDMS Spongefor Health Monitoring” 的研究进展，报道了一种基于多孔海绵结构的可压缩超级电容器 - 压阻传感器自驱动系统，博士研究生宋宇为论文第一作者。该团队通过制备多孔海绵结构，并将其分别应用于压阻传感器与可压缩超级电容器中，通过直接贴附于人体表面，得到可用于人体健康监测的自驱动可穿戴系统。一方面，这种多孔海绵结构具有较高的灵敏度，能够对较大范围的应力应变进行多次稳定测试，对人体各个部位多种形变进行准确识别；另一方面，利用多孔海绵结构导电性良好以及机械性能优异等优势，组装成可压缩超级电容器，可以在较大应变的情况下保持稳定的电化学性能，持续稳定为自驱动系统供能。通过可压缩超级电容器驱动压阻传感器，这种集成的自驱动系统可以应用于人体各个部位，对语音识别、运动状态以及呼吸情况进行稳定测试，在实时健康监测以及主动式人机交互等领域具有潜在的应用前景。【图文导读】图 1 高可压缩超级电容器 - 压阻传感器系统示意图及制备表征 (a) 基于 CNT-PDMS 多孔海绵的高可压缩超级电容器 - 压阻传感器系统示意图。 (b)CNT-PDMS 海绵的制备工艺流程图。 (c) 多孔 PDMS 海绵的 SEM 图像。 (d) 多孔 CNT-PDMS 海绵的 SEM 图像。图 2 多孔海绵的制备表征与应力应变特性 (a-c) 方糖、 PDMS 海绵和 CNT-PDMS 海绵的实物图与接触角。 (d-e) 在不同浓度的 CNT 溶液滴涂过程中，电阻和海绵质量变化随滴涂次数的变化。 (f) 多次滴涂后， CNT-PDMS 海绵电阻的稳定性分布。 (g) 不同应变下， CNT-PDMS 海绵的应力应变曲线变化图。 (h) 相同应变下， PDMS 海绵与 CNT-PDMS 海绵应力应变曲线对比。 (i) 多次压缩情况下， CNT-PDMS 海绵电阻的循环稳定性。图 3 基于 CNT-PDMS 海绵的压阻传感器性能表征 (a) 压阻传感器应力监测模型图，显示导电骨架的接触面积随应力应变的变化。 (b) 使用推拉力计对压阻传感器进行相关测试。 (c) 不同压阻传感器在不同压缩应力下的电阻响应。 (d) 不同压缩应力下压阻传感器的电流 - 电压曲线。 (e) 压阻传感器的应力响应曲线。 (f) 不同应力下多次压缩释放过程的电阻响应曲线。 (g) 不同应变下多次压缩释放过程的电阻响应曲线。 (h) 不同应变下的电阻响应变化曲线。图 4 可压缩超级电容器电化学性能表征 (a) 可压缩超级电容器在压缩释放过程的抗压能力示意图。 (b) 循环伏安图。 (c) 体积比电容随扫描速率变化图。 (d-e) 可压缩超级电容器循环伏安图与体积比电容随不同压缩比例变化图。图 5 可压缩自驱动系统用于可穿戴式健康监测 (a) 通过可压缩超级电容器驱动压阻传感器，贴附于人体喉咙表面用于监测人体喉部动作。 (b-c) 发出不同单词或者喝水时记录的压阻传感器电阻响应。 (d) 可压缩自驱动系统贴附于腿部用于监测人体运动状态。 (e) 人体走路、慢跑以及快跑时记录的自驱动系统电流变化。 (f) 通过自驱动系统检测人体呼吸状态原理图。 (g-h) 人体运动之后以及睡眠状态下记录的自驱动系统电流变化。【小结】本文采用简单快速的方法制备一种多孔海绵结构，分别应用于压阻传感器与可压缩超级电容器中，并集成为一种可压缩式自驱动系统。通过对糖模具进行倒膜并滴涂碳纳米管溶液，形成的多孔 CNT-PDMS 海绵具有较高的电导率与较好的机械强度。因而得到的压阻传感器具有较高的灵敏度并可以监测各种应力信号，同时可压缩超级电容器能够在较大的应变下保持稳定的工作性能。这种可压缩集成系统可以不受工作环境的制约，贴附于人体各个部位，通过可压缩超级电容器进行能量供给，驱动压阻传感器高效稳定工作，对人体各种动态进行监测，在识别人体生理运动和实时健康监测方面有着巨大的应用潜力。文章链接： Highly CompressibleIntegrated Supercapacitor–Piezoresistance-Sensor System with CNT–PDMS Spongefor Health Monitoring (Small. 2017, DOI:10.1002/smll.201702091) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201702091/full; 个人分类: 科研心得|8095 次阅读|3 个评论

超级电容什么样子？: 热度 6 liwei999 2013-7-3 17:19; 超级电容什么样子？一般仪器上用的电容是μF、pF的单位，F就很大了。这里给出千法、万法的实物照片。作者: mirror (*) 日期: 06/27/2013 20:27:04 超级电容的样子： Download 聪明人的发明当然会有相应的说法，但是不那么聪明的人的大发明的确往往是比较震撼的。上个世纪末，有两位日本人的大发明在圈里比较轰动。一个是中村的蓝光LED，一个是冈村的电容储能系统。冈村的发明比起中村来记载得更少，更不为人知。在wiki上也没有一个人物的条目。中村的突破在于制造出来了品位好的半导体材料。中村在日本小岛国中更小的四国岛上的一个小厂家里，默默地干了十年，才做出了GaN的好晶体薄膜。在学界里，基本上没有人看好这位学历不好（非名牌大学出身）、厂家名声不大（专做荧光材料）的员工的工作。直到在学会发表的时候“亮出”了发蓝光的LED。冈村的经历与中村有些相似，也是非名牌（早稻田）的出身。早稻田的文科虽然很有名气，但是理工科还要数所谓的东京大学、京都大学或者是东北大学等过去的帝国大学。用电容当电池，在圈里被不屑一顾。因此在学会发表的15分钟里，冈村用他的“电容电池”一直点着汽车的大前灯来证明这个概念的可行性。比起中村的发明来，冈村的发明在于不全在电容本身上做文章。电容的容量是一个问题，用电方式又是一个问题。对用电（储电）性能改善二十倍的要求，可以分解成4x5两个因子来考虑。4倍的因子是对用电电子系统的改善，5倍的因子是电容本身的容量改善。这样一来，20倍的“不可能”就变成了可能了。这都是20多年前的故事了，如今再去想发财，已经晚了。对每一个电容cell配一套充电、放电的监测系统，保证每个电容cell的性能可以充分发挥，是冈村发明的根本所在。这些多涉及到技术的细节，一般读物上不去做这方面的解说。实际上在教育体系里，需要有意识地去介绍这样的思考模式。当然，也要介绍失败的情况。往往大事故都发生在几个状态同时、或者连锁地发生的情况下。当事人在当时的情况下，不能判断究竟发生了什么事情。阿波罗13号的“奇迹” ，只能说是好运气。 ---------- 就“是”论事儿，就“事儿”论是，就“事儿”论“事儿”。用电电子系统是控制放电模式的电子系统。没有这个匹配系统，只能用掉20%的储能。想象一下曲线下的面积就可以理解了。作者: mirror (*) 日期: 06/27/2013 20:41:41 改变放电曲线，就可以改善用电效率。这个事情说出来大家都懂。但是第一个做出来就大不一样了。所谓发明，很多都是这样的故事。具有的能力与可以发挥出来的能力之间，可以有差距。人们的不满往往是因为有这个差距，以为是因为某种情况而没能使能力发挥出来。 ---------- 就“是”论事儿，就“事儿”论是，就“事儿”论“事儿”。; 个人分类: 镜子大全|4576 次阅读|8 个评论

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