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双重活化多孔碳氮材料实现流动电极电容去离子高效矿井水脱盐
1
作者 贺琼琼 彭海森 +5 位作者 孟振 苗真勇 万克记 许恩乐 高明强 黄少萌 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1732-1746,共15页
严格的环保法规驱动下,煤矿在高盐矿井水回收处理上面临的挑战不断升级,因此迫切需要研发高效的深度脱盐技术,以突破行业困境并实现非常规水资源的利用。虽然流动电极电容去离子(FCDI)技术在脱盐领域内崭露头角,但仍存在电极材料性能造... 严格的环保法规驱动下,煤矿在高盐矿井水回收处理上面临的挑战不断升级,因此迫切需要研发高效的深度脱盐技术,以突破行业困境并实现非常规水资源的利用。虽然流动电极电容去离子(FCDI)技术在脱盐领域内崭露头角,但仍存在电极材料性能造成的脱盐能力壁垒。研究提出了一种双重活化多孔碳氮电极材料制备的新方法,以蔗糖为碳源,三聚氰胺为氮源,整合了双模板法、水蒸气活化、酸浸氧化及氮掺杂的优点,改善了材料的润湿性和导电性,同时使得电极材料具备独特整齐排列的柱状结构、更大的比表面积(1039.76 m^(2)/g)、更丰富的孔结构(0.32 cm^(3)/g)、更多的氮氧电负性点位和更好的润湿性能,以此实现高效,低能耗的矿井水脱盐。该材料(H_(2)O(g)-HNO_(3)/CN)应用于FCDI装置中且经过电压、活性材料含量、处理液初始浓度及pH的工艺优化后对1 g/L的NaCl溶液脱盐5 h,除盐率高达100%,平均脱盐速率、脱盐量、电荷效率及标准脱盐量能耗分别为0.00952mg/(min·cm^(2)),37.08mg/g,24.02%和481.98J/mol,即使经过7次循环吸脱附试验,除盐率仍能达到95.71%。为了探究H_(2)O(g)-HNO_(3)/CN的吸附除盐机理,进行了电化学性能、吸附动力学及等温线的分析。结果表明其比电容高达99.38 F/g,内电阻极小;对Na^(+)离子的吸附更符合伪二阶动力学模型和Langmuir等温线模型,对Na^(+)离子的饱和吸附量为4.30mg/g,饱和吸附时间为120min。 展开更多
关键词 双重活化 多孔碳氮材料 流动电极电容去离子 高盐矿井水 脱盐
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水热-离子交换法制备ZnNiCoS纳米片及其超电容性能
2
作者 许雪棠 王爱兰 +2 位作者 商木兰 梁秋芸 吴晴晴 《广西大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期645-653,共9页
针对过渡金属硫化物电极材料能量密度较低、循环稳定性差的问题,本文中采用水热-离子交换法制备了ZnNiCoS电极材料。以泡沫镍网为基底,考察了硫脲的用量、浸泡时间等对电极材料的微观形貌、物相和电化学性能的影响。结果表明:当硫脲的... 针对过渡金属硫化物电极材料能量密度较低、循环稳定性差的问题,本文中采用水热-离子交换法制备了ZnNiCoS电极材料。以泡沫镍网为基底,考察了硫脲的用量、浸泡时间等对电极材料的微观形貌、物相和电化学性能的影响。结果表明:当硫脲的加入量为1.2 mmol、乙酸钴溶液浸泡3 h时,所得电极材料为纳米片结构,样品具有最大的面积比电容为2310 mF/cm^(2)(质量比电容为1128.2 mF/g)和库伦效率为97.9%,这是由于离子交换诱导相转化,从而提升了电极材料的电荷存储性能。将所得电极与活性炭组装成全固态不对称超级电容器,能量密度可达0.63 mWh/cm^(2)(功率密度为9 mW/cm^(2)),具有良好的循环稳定性。 展开更多
关键词 泡沫镍网 硫化 离子交换 超级电容器
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电容去离子提锂技术中电极材料的研究进展
3
作者 陈泽秋 蔡黎淼 +5 位作者 关杰 李瞻洋 王昊 郭耀广 徐兴涛 潘丽坤 《物理化学学报》 北大核心 2025年第8期58-76,共19页
随着新能源领域对锂资源需求的持续增长,开发高效的锂提取技术变得及其重要。然而,由于其高能耗和可能引发的二次污染问题,传统的锂提取和回收技术具有实际应用和发展的局限性。电容去离子(CDI)技术作为一种新兴的锂提取技术,在效率、... 随着新能源领域对锂资源需求的持续增长,开发高效的锂提取技术变得及其重要。然而,由于其高能耗和可能引发的二次污染问题,传统的锂提取和回收技术具有实际应用和发展的局限性。电容去离子(CDI)技术作为一种新兴的锂提取技术,在效率、成本效益和能源消耗方面展现出巨大的潜力。本综述从文献计量入手,剖析了CDI提锂的关键研究主题,进而全面总结了在CDI提锂技术中电极材料的最新进展,并探讨了使用这些材料构建的各种CDI系统类型。本研究详细阐明了CDI系统中用于锂资源回收的主要电极材料——水系锂离子电极材料(包括LiFePO_(4)、LiMn_(2)O_(4)、LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)等)及其修饰材料(包括碳纳米管、石墨烯、MOF等)。此外,本文讨论了通过不同的电容去离子(CDI)系统提高锂提取效率,并评估了各种先进电极材料在这些系统中的性能。文末强调了机器学习在CDI提锂领域的应用潜力,并期望本研究将为未来开发基于CDI的高效锂提取系统提供坚实的理论基础和实践指导。 展开更多
关键词 电容去离子 锂离子提取 电化学 电极材料
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双阴膜流动电极电容去离子净化含铬废水
4
作者 刘翰隆 张春鹏 +6 位作者 张思瑶 张洋 任学志 杜雅琳 张爽 马语璠 王彧洋 《中国环境科学》 北大核心 2025年第7期3799-3806,共8页
开发了一种完全对称的“双阴膜”流动电极电容去离子(SFCDI)装置处理含六价铬Cr(Ⅵ)废水,采用双阴离子交换膜和短路闭合模式,无需高浓度背景离子,即可实现高效Cr(Ⅵ)去除.结果表明,这一构型的显著特点是避免了传统FCDI中因使用阳离子交... 开发了一种完全对称的“双阴膜”流动电极电容去离子(SFCDI)装置处理含六价铬Cr(Ⅵ)废水,采用双阴离子交换膜和短路闭合模式,无需高浓度背景离子,即可实现高效Cr(Ⅵ)去除.结果表明,这一构型的显著特点是避免了传统FCDI中因使用阳离子交换膜而导致的Cr^(3+)回渗与总Cr浓度反弹问题.在1.2V电压、初始pH 5.0条件下,SFCDI在150min内将Cr(Ⅵ)浓度从50mg/L降低至0.41mg/L,总Cr去除效率达97.55%,能耗仅为0.12kWh/m^(3).与传统FCDI相比,SFCDI显著提高了总Cr去除效率并有效阻止Cr^(3+)回流.进一步研究分析了电压、活性炭含量、pH值及共存阴离子对处理性能的影响,并验证了SFCDI在连续运行及实际电镀废水处理中的适用性和稳定性.在180min内,对实际电镀废水的Cr(Ⅵ)去除率达97.68%,展现出绿色、高效、低能耗的应用潜力. 展开更多
关键词 双阴膜设计 流动电极电容去离子 六价铬 含铬废水 电镀废水
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用于高性能双碳锂离子电容器的氮掺杂有序介孔碳的制备及其性能
5
作者 房海秋 曹林芳 +1 位作者 张燕 王斌 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期256-264,共9页
采用高温氨化法对有序介孔材料(CMK-3)进行氮掺杂,通过调控煅烧温度优化有序介孔材料(NC-T)的电子结构、氮掺杂量及类型。结果表明:煅烧温度为700℃下制备的NC-700获得3.79%的氮掺杂量,包含1.38%的活性吡啶氮及0.96%的吡咯氮;以NC-700... 采用高温氨化法对有序介孔材料(CMK-3)进行氮掺杂,通过调控煅烧温度优化有序介孔材料(NC-T)的电子结构、氮掺杂量及类型。结果表明:煅烧温度为700℃下制备的NC-700获得3.79%的氮掺杂量,包含1.38%的活性吡啶氮及0.96%的吡咯氮;以NC-700作锂离子电容器(LICs)正极材料时,较未掺杂的有序介孔碳材料CMK-3比容量提升了近60%;当将NC-700同时作为正负极材料组装成对称LICs时,可在230 W·kg^(-1)的功率密度下达到225 W·h·kg^(-1)的能量密度。 展开更多
关键词 锂离子电容器 有序介孔碳 氮掺杂
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高效锌离子混合电容器用煤基多孔炭电极材料
6
作者 丁雷 黄秀丽 +4 位作者 王璐璐 许茂东 任一鸣 霍朝飞 刘欢 《材料工程》 北大核心 2025年第7期212-220,共9页
基于我国“富煤、贫油、少气”资源现状,发展煤制多孔炭电极材料技术可加快煤炭清洁高效利用转型及“双碳”目标的实现。本研究以神木烟煤为碳源,KOH为活化剂,通过一步活化策略,制备了煤基多孔炭材料。结果表明:制备的煤基多孔炭具有发... 基于我国“富煤、贫油、少气”资源现状,发展煤制多孔炭电极材料技术可加快煤炭清洁高效利用转型及“双碳”目标的实现。本研究以神木烟煤为碳源,KOH为活化剂,通过一步活化策略,制备了煤基多孔炭材料。结果表明:制备的煤基多孔炭具有发达的分级孔道结构(比表面积为2094.5 m^(2)·g^(-1),孔容为0.96 cm^(3)·g^(-1)),丰富的石墨化微晶,N、O杂原子共掺杂及良好的亲水性。以制备的煤基多孔炭为正极,2 mol·L^(-1) ZnSO_(4)水溶液为电解质,Zn箔为负极,组装的扣式锌离子混合电容器在0.1 A·g^(-1)电流密度下比容量高达178.7 mAh·g^(-1);当电流密度放大200倍至20 A·g^(-1)时,比容量仍维持89.2 mAh·g^(-1),展现了优异的倍率性能;最大能量密度和功率密度分别为142 Wh·kg^(-1)和16854.9 W·kg^(-1)。此外,以明胶@ZnSO_(4)为凝胶电解质构建的准固态锌离子混合电容器同样显示出卓越的电化学性能,并具有良好的柔韧性。 展开更多
关键词 煤炭 多孔炭 分级孔道结构 电化学 锌离子混合电容器
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多孔炭流动电极对氮磷钾钙离子的电容去离子性能分析
7
作者 牛文娟 宋涛 +5 位作者 须吴潇 余政 唐浩冉 艾平 袁巧霞 孟海波 《农业工程学报》 北大核心 2025年第5期227-239,共13页
针对流动电极电容去离子(flow electrode capacitive deionization,FCDI)技术的的电极材料吸附性能欠佳和电解液不统一的问题,该研究以多孔炭为流动电极,探讨不同多孔炭理化特性和电容去离子性能,探究不同电解液和不同初始离子浓度的去... 针对流动电极电容去离子(flow electrode capacitive deionization,FCDI)技术的的电极材料吸附性能欠佳和电解液不统一的问题,该研究以多孔炭为流动电极,探讨不同多孔炭理化特性和电容去离子性能,探究不同电解液和不同初始离子浓度的去离子性能,并利用动力学模型解析电容去离子过程。结果表明,ZnCl_(2)活化后,PC-1Zn-600的含氧官能团(C=O和O=C-O)增加,比表面积提升至1137.23 m^(2)/g,平均孔径为1.70 nm,对称电容器中PC-1Zn-600的比电容达72.30 F/g,还具有最小的电阻(2.53Ω),而经过100次的CDI(capacitive deionization,CDI)吸附/解吸循环后,PC-1Zn-600的去除量保持率仍有73.83%。在210 min时,PC-1Zn-600为电极材料对氨氮、P、K和Ca去除率分别达到了84.98%、79.97%、72.79%和91.21%。对于3种电解液(进液、K_(2)SO_(4)和H_(2)O),当电解液为H_(2)O时,处理氨氮和P的效果较好,去除率分别达91.69%和75.55%,并且回收能耗更低。随着初始离子浓度的增加,FCDI的离子去除率降低,但随着时间延长至210~570 min以上,FCDI对氮磷钾钙离子的去除率都可以接近100%。流动电极电容去离子过程更适合伪一级动力学模型(R2>0.96),建议FCDI处理高离子浓度运行时间6~9 h以上;FCDI的离子迁移过程由双电层和离子交换膜控制,进液界面与离子交换膜的接触面积以及离子交换膜的性质是FCDI处理高浓度离子的关键因素。研究可为流动电极电容去离子的工业化应用提供参考。 展开更多
关键词 电极材料 电解液 吸附动力学 对称电容器 双电层 离子交换膜 养分回收
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丝光沸石负载自支撑氮掺杂多孔碳纳米纤维电容器及高效选择性去除硬度离子
8
作者 黄鋆 聂鹏飞 +3 位作者 鲁勇朝 李佳洋 王怡文 刘建允 《物理化学学报》 北大核心 2025年第7期65-74,共10页
电容去离子(CDI)是一种具有广阔前景的电脱盐技术。通过引入成本低、无毒的电极材料,CDI在水体硬度离子的选择性去除方面呈现显著优势。丝光沸石(MOR)是天然的、环保型离子交换材料。本研究通过静电纺丝法,将MOR有效嵌入纳米纤维,随后... 电容去离子(CDI)是一种具有广阔前景的电脱盐技术。通过引入成本低、无毒的电极材料,CDI在水体硬度离子的选择性去除方面呈现显著优势。丝光沸石(MOR)是天然的、环保型离子交换材料。本研究通过静电纺丝法,将MOR有效嵌入纳米纤维,随后进行炭化处理得到丝光沸石负载氮掺杂碳纳米纤维(MOR@N-CNF)。研究证实了MOR在碳纳米纤维基体中均匀分布。MOR@N-CNF表现出增强的亲水性的高的比表面积。而且纤维柔性好、导电性高,作为自支撑电极在CaCl_(2)溶液中,呈现高的电化学比电容(162.7 F·g^(−1))。直接用于CDI阴极与活性炭(AC)阳极构成非对称CDI系统,进行选择性硬度离子吸附。MOR@N-CNF阴极对Mg^(2+)和Ca^(2+)的吸附容量分别为1501和1416μmol·g^(−1),且对这两种离子的选择性远高于Na^(+)(对Ca^(2+)的选择性系数为9.7,对Mg^(2+)的选择性系数为8.9)。经过40次循环测试后,该电极保留了78%的吸附能力,展现出优异的循环稳定性。本研究不仅为离子交换型复合电极材料的制备提供了新思路,也进一步凸显了CDI技术在硬水软化领域的潜力。 展开更多
关键词 自支撑 碳纤维 电容去离子 选择性吸附 硬度离子
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干法电极技术在超级电容器和锂离子电池中的研究进展 被引量：1
9
作者 徐桂培 刘浩 +4 位作者 赖洁文 卢毅锋 黄辉 邸会芳 王振兵 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第4期1445-1460,共16页
干法电极技术因其无溶剂、成本低、机械强度高和对环境友好等优点,被认为是未来高性能储能器件开发的关键技术。本文分析了干法电极技术的原理,归纳总结了干法电极制备中常用黏结剂的性质和应用,阐述了干法电极技术的优点,回顾了干法电... 干法电极技术因其无溶剂、成本低、机械强度高和对环境友好等优点,被认为是未来高性能储能器件开发的关键技术。本文分析了干法电极技术的原理,归纳总结了干法电极制备中常用黏结剂的性质和应用,阐述了干法电极技术的优点,回顾了干法电极技术的起源和发展历程,介绍了干法电极技术在超级电容器和锂离子电池领域的研究进展。从工艺原理、研究进展、关键设备、关键参数及优缺点对比等方面,重点论述了聚合物纤维化、干法喷涂沉积、气相沉积、热熔挤压、直接压制和3D打印6种干法电极技术。结果表明,目前大规模干法电极制造工艺仍存在挑战,现有工艺普遍存在生产规模小、所需原料需特殊处理以及与现有产线不兼容等共性问题。最后总结了干法电极技术在锂离子电池和超级电容器领域的未来研究方向:开发新型黏结剂、优化干混工艺、调节电极质量负载、优化生产路线和探索新的工艺。本文可为相关领域的科研工作者和技术人员工作的开展提供参考,并为干法电极技术在超级电容器和锂离子电池领域的发展提供方向指导。 展开更多
关键词 锂离子电池 超级电容器 电极制备 干法电极
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电容去离子技术电极抗腐蚀性能研究进展
10
作者 蒲梦晗 黎人铖 +2 位作者 肖伟龙 高铭 陈文清 《工业水处理》 北大核心 2025年第3期44-54,共11页
电容去离子(Capacitive deionization,CDI)作为一种新兴的海水淡化技术,具有低成本、低能耗和无二次污染等特点,在水处理领域展现出巨大的应用潜力。然而,电极腐蚀问题已成为限制CDI技术实际应用的主要难题。针对这一问题,详细阐述了不... 电容去离子(Capacitive deionization,CDI)作为一种新兴的海水淡化技术,具有低成本、低能耗和无二次污染等特点,在水处理领域展现出巨大的应用潜力。然而,电极腐蚀问题已成为限制CDI技术实际应用的主要难题。针对这一问题,详细阐述了不同类型电极材料的腐蚀机理,说明了运行参数变化和电解液性质对CDI系统电极腐蚀的影响,并探讨腐蚀对电极材料性能和使用寿命的潜在危害。此外,从装置构型的设计、电极材料的改性和操作参数的优化等方面总结了减缓CDI系统电极腐蚀的策略,最后讨论了未来CDI技术抗电极腐蚀可能的研究方向。今后,开发具有卓越抗腐蚀性能的电极材料,并不断改进装置构型和优化操作参数将推动CDI系统电极抗腐蚀性能,拓宽CDI在水处理领域的应用。 展开更多
关键词 电容去离子 腐蚀 稳定性 电极材料 法拉第反应
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锌离子混合电容器正极用稻壳/煤沥青基分级多孔碳
11
作者 彭国栋 朱傲阳 +2 位作者 朱怡全 李勇 何孝军 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期86-94,共9页
锌离子混合电容器(ZHCs)因其低成本、高安全性和长循环稳定性等众多优势而受到研究者越来越多的关注。然而,尽管ZHCs有这些优势,它的发展仍然处于早期阶段,面临一系列挑战,例如,电极枝晶的生长以及能量密度仍不尽人意。因此,开发合理匹... 锌离子混合电容器(ZHCs)因其低成本、高安全性和长循环稳定性等众多优势而受到研究者越来越多的关注。然而,尽管ZHCs有这些优势,它的发展仍然处于早期阶段,面临一系列挑战,例如,电极枝晶的生长以及能量密度仍不尽人意。因此,开发合理匹配的电极材料极为关键。多孔碳材料具有价格低廉、孔隙率高、性能稳定等优点,成为ZHCs潜在的正极材料之一。然而,传统的多孔碳材料低的电导率和不合适的孔径分布,限制了其在ZHCs中的应用。通过原料选取和结构设计有望解决上述问题。以稻壳和煤沥青为碳源,采用KCl、MgO双模板耦合K_(2)CO_(3)活化法制备了稻壳/煤沥青基分级多孔碳材料(HPC/RHC_(x))。制得的HPC/RHC_(6)具有互相连接的纳米囊状结构、较大的比表面积(1234 m^(2)/g)和层次孔结构。当作为ZHCs的正极材料时,HPC/RHC_(6)展现了优异的储锌性能,在0.1 A/g的电流密度下,HPC/RHC_(6)的比容量达125.3 mA·h/g、在115.4 W/kg的功率密度下,能量密度为92.4 W·h/kg,且在5 A/g的电流密度下经过10000次循环充放电后,容量保持率为99.9%,展现了优异的循环稳定性。 展开更多
关键词 锌离子混合电容器 正极材料 煤沥青 多孔碳 储锌性能
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废弃D001树脂衍生多孔炭材料及其在电容去离子脱盐中的应用
12
作者 曹蕾 李云 +7 位作者 蒋永伟 甘玲 周田恬 张心怡 宋海欧 葛夏菁 栗文明 周君薇 《南京师大学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期119-126,共8页
电容去离子技术(CDI)作为一种新型的电化学除盐技术,具有能耗低、环境友好、无二次污染等优点.以D001树脂作为碳源,KOH作为活化剂,通过化学活化法制备D001树脂衍生多孔炭.研究表明,活化温度对D001树脂衍生多孔炭的形貌结构、电化学和脱... 电容去离子技术(CDI)作为一种新型的电化学除盐技术,具有能耗低、环境友好、无二次污染等优点.以D001树脂作为碳源,KOH作为活化剂,通过化学活化法制备D001树脂衍生多孔炭.研究表明,活化温度对D001树脂衍生多孔炭的形貌结构、电化学和脱盐特性有显著影响.D001-800具有较大的比表面积(3 328.25 m^(2)/g)、良好的分级结构,在100 mg/L的NaCl溶液及1.6 V的操作电压下,该电极的盐吸附量为11.08 mg·g^(-1).这项研究为废弃D001树脂的资源化利用提供了路径. 展开更多
关键词 电容去离子 D001树脂 衍生多孔炭 脱盐
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生物质炭基锌离子混合电容器的性能
13
作者 马廷梅 何晓东 +2 位作者 杜强军 郝悦 马瑜晨 《印染》 北大核心 2025年第3期54-57,共4页
使用化学活化法(KOH)制备一种新型的核桃壳生物质炭基电极材料,并组装成水系锌离子混合电容器(Zn-HPC)。研究发现,KOH对核桃壳生物质多孔炭材料电化学性能有较大改善,所组装的核桃壳炭基水系锌离子混合电容器在10000圈的循环后仍具有71... 使用化学活化法(KOH)制备一种新型的核桃壳生物质炭基电极材料,并组装成水系锌离子混合电容器(Zn-HPC)。研究发现,KOH对核桃壳生物质多孔炭材料电化学性能有较大改善,所组装的核桃壳炭基水系锌离子混合电容器在10000圈的循环后仍具有71.3%的电容保持率和良好的循环稳定性,在未来的储能应用中具有很好的应用前景。 展开更多
关键词 超级电容器 生物炭 核桃壳 KOH活化 锌离子
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煤基碳材料的制备及其在金属离子电池/电容器中的应用进展
14
作者 武海煜 安立宝 张志明 《现代化工》 北大核心 2025年第5期42-48,共7页
综述了不同维度煤基碳材料的制备过程以及煤基碳材料在金属离子电池和金属离子电容器中的应用现状,展望了煤基碳材料的未来发展趋势,以期为煤的高效、清洁利用及其在金属离子电池和金属离子电容器中的规模化应用提供参考。
关键词 煤基碳材料 金属离子电容器 金属离子电池 煤炭清洁高效利用 电化学储能
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电容型锂离子电池的球头压痕对其安全性研究
15
作者 杨斌 杨军 +3 位作者 徐浪 温浩伟 刘登锋 阮殿波 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第8期3090-3099,共10页
电池受局部挤压是造成汽车碰撞引发热失控的主要原因之一。为揭示电容型锂离子电池在受到局部压痕时的失效机理,本工作以正极为镍钴锰酸锂@活性炭复合材料、负极为软碳/石墨复合材料体系的电容型18650锂离子电池进行球头压痕实验,探究... 电池受局部挤压是造成汽车碰撞引发热失控的主要原因之一。为揭示电容型锂离子电池在受到局部压痕时的失效机理,本工作以正极为镍钴锰酸锂@活性炭复合材料、负极为软碳/石墨复合材料体系的电容型18650锂离子电池进行球头压痕实验,探究电池失效过程及温度演变规律,并讨论SOC、压痕位置对电池安全的影响以及受损电池的安全隐患。结果表明,峰值载荷数据随着SOC的增大而逐渐减小,内短路变形量随SOC增大而逐渐降低;靠近电池正极一端受到损伤时更易引发热失控现象,且损伤的面积增加,温度也随之更高。当压痕深度达到临界值时,电池在径向出现层间屈曲弯折与裂纹、轴向极片出现破损现象,电池嵌锂脱锂能力大幅下降,自放电现象严重。本工作为电池的短路位置和易破坏区域提供有效参考,为电池包的安全性设计提供理论依据。 展开更多
关键词 全极耳 电容型锂离子电池 球头压痕 热失控
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电容去离子海水提铀的机遇与挑战
16
作者 严国泽 左彬 +9 位作者 刘少卿 王桃 王若愚 包锦洋 赵忠舟 储菲菲 李政通 Yusuke Yamauchi Saad Melhi 徐兴涛 《物理化学学报》 北大核心 2025年第4期22-39,共18页
铀是核工业不可或缺的资源,而陆基铀矿资源含量有限且分布不均。因此,海水提铀(UES)对可持续能源生产具有巨大潜力。电容去离子(CDI)技术以其低能耗、工艺简单、对环境友好和高吸附效率而闻名,对UES具有重要潜力。本文回顾了CDI技术的... 铀是核工业不可或缺的资源,而陆基铀矿资源含量有限且分布不均。因此,海水提铀(UES)对可持续能源生产具有巨大潜力。电容去离子(CDI)技术以其低能耗、工艺简单、对环境友好和高吸附效率而闻名,对UES具有重要潜力。本文回顾了CDI技术的发展历史、原理、分类和应用。在发展历史部分,我们简要介绍了CDI技术的早期发展,并强调了其在UES中的关键里程碑以及近期优化工作。在原理和分类部分,我们将CDI技术置于UES应用的背景下,进行了全面介绍。另外,在应用部分,我们重点介绍了CDI技术在UES中的当前应用。此外,本文详细阐述了CDI技术在UES中的当前研究现状及其在吸附性、选择性和经济效益方面的优势。在吸附性方面,CDI技术通过精心优化电极结构和材料选择,展现了其吸附铀离子的效率。在选择性方面,CDI技术通过灵活调控电极材料和操作参数,有选择性地提取铀,同时减轻了来自竞争离子的干扰,从而提高了提取效率。在经济性方面,CDI技术因其低能耗和经济性脱颖而出,促进了高效的铀提取,且在UES领域具有与替代方法相比的实质经济优势。最后,我们讨论了该技术在铀提取过程中的挑战因素(竞争离子、盐度、pH值和生物污损),旨在探讨使用CDI技术进行UES的可行性和经济效益,并为进一步优化和推广CDI技术在UES中的应用提供理论支持。此外,我们还致力于通过引入材料信息学来解决CDI在提铀过程中存在的一些当前挑战,并展望该问题的未来发展。本文为CDI技术在UES中的发展和工业进展提供了实用的见解,旨在为后续CDI海水提铀研究提供宝贵的参考,以促进海水资源的可持续利用。 展开更多
关键词 电容去离子 海水提铀 经济效益 挑战因素 材料信息学
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预锂化对AC//Nb_(2)O_(5)型锂离子电容器性能的影响
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作者 范羚羚 刘中柱 杨重阳 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第8期2913-2924,共12页
锂离子电容器作为一种新型储能器件,可以填补高功率器件和高能量器件之间的技术空白。本工作以活性炭(AC)为正极,正交晶相五氧化二铌(T-Nb_(2)O_(5))为负极组装为软包装的锂离子电容器,研究预锂量对该种器件在不同正负极质量比下(P/N比... 锂离子电容器作为一种新型储能器件,可以填补高功率器件和高能量器件之间的技术空白。本工作以活性炭(AC)为正极,正交晶相五氧化二铌(T-Nb_(2)O_(5))为负极组装为软包装的锂离子电容器,研究预锂量对该种器件在不同正负极质量比下(P/N比)的影响。结果表明,通过预锂化,可以有效提高该种器件的电化学性能,不论采用何种P/N比,预锂量提高至60%后,开路电位均可提高到1.5 V以上,首次库仑效率可提高至80%以上,在有效提高材料克容量的同时具备更小的内阻,循环伏安曲线具有典型的电容特征,常温搁置33天后电压保持能力仍有75%及以上,在100C大倍率条件下的容量保持率高达95%以上,3000次循环后的容量保持率均高于90%。P/N比越高对该种器件性能更有利,具体表现为首次库仑效率更高,自放电中具有更高的电压保持能力,其中P/N比最大的锂离子电容器(P/N=1.1)预锂60%后,在103.2 W/kg的功率密度下可发挥30.4 Wh/kg的能量密度,在2098.1 W/kg的功率密度下能量密度仍旧有29.4 Wh/kg,具有稳定输出。 展开更多
关键词 锂离子电容器 预锂化 活性炭 五氧化二铌
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不同预钠化比例对AC//HC型钠离子电容器的性能影响
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作者 安仲勋 梁鹏程 杨重阳 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第4期1679-1686,共8页
本工作以镍铁锰酸钠(NaNi_(0.4)Mn_(0.4)Fe_(0.2)O_(2),NMF)作为钠源,将不同比例的钠离子预掺杂到活性炭//硬碳(AC//HC)型钠离子电容器的HC负极,通过各项测试,研究分析了不同预钠化比例对钠离子电容器的电化学性能影响。结果表明,预钠... 本工作以镍铁锰酸钠(NaNi_(0.4)Mn_(0.4)Fe_(0.2)O_(2),NMF)作为钠源,将不同比例的钠离子预掺杂到活性炭//硬碳(AC//HC)型钠离子电容器的HC负极,通过各项测试,研究分析了不同预钠化比例对钠离子电容器的电化学性能影响。结果表明,预钠化比例提高至50%以上,AC//HC型钠离子电容器各项性能均得到显著提升,包含电压、直流内阻、容量、倍率性能、功率密度和循环性能等。当预钠化比例提高至80%时,在电压区间内呈现较好的线性曲线,放电容量达到83.73 mAh,与预钠化比例为0的电容器相比提升了3倍。以0.1 A(1.5C)的放电能量为基准计算不同电流下的放电能量保持率,大倍率电流3 A(44C)下的放电能量保持率达到79.35%,而预钠化比例为0的电容器在3 A(44C)电流下的放电能量保持率仅为26.35%。此外,当预钠化比例从0提高至80%时,功率密度从9807.89 W/kg提高至24498.51 W/kg。预钠化比例高于50%的电容器循环3000圈时的能量保持率仍然高于90%,且胀气程度较低。基于预钠化后的负极具有较低的OCV,能够相应地提升AC正极的工作电压范围,进而有效提高了容量和能量密度。与此同时,预钠化后的负极OCV降低,有利于形成致密的SEI膜,提高了HC负极表面SEI膜的稳定性。需要指出的是,预钠化比例需要控制在合适的范围内,以确保实现电容器电化学性能的最优化。本工作的研究结果为预钠化钠离子电容器的产业化进程提供了一定的科学基础。 展开更多
关键词 钠离子电容器 预钠化 镍铁锰酸钠 活性炭 硬碳
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锂离子电容器正负极匹配机制研究进展
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作者 陈奕戈 韩亚露 +5 位作者 林杰欢 张惠荣 邸会芳 刘烨 郑建荣 王振兵 《电池》 北大核心 2025年第1期153-159,共7页
锂离子电容器的正、负极材料能量存储机制不同,导致容量和动力学差距较大。对正负极进行容量和动力学的匹配,实现比能量和比功率的平衡,是锂离子电容器研究的关键。从材料体系、工艺设计和电极结构等3方面详细综述近年来锂离子电容器在... 锂离子电容器的正、负极材料能量存储机制不同,导致容量和动力学差距较大。对正负极进行容量和动力学的匹配,实现比能量和比功率的平衡,是锂离子电容器研究的关键。从材料体系、工艺设计和电极结构等3方面详细综述近年来锂离子电容器在正负极匹配方面的进展,包括碳基正极材料比能量的提升策略、工艺设计对负极性能的影响以及电极结构设计对锂离子电容器电化学性能的影响。对锂离子电容器在正负极匹配方向的发展进行展望。 展开更多
关键词 锂离子电容器 容量匹配 动力学匹配 材料体系 工艺设计 电极结构 能量存储 碳基正极材料
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电容去离子碳基电极材料的研究进展 被引量：1
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作者 刘转年 魏本龙 +1 位作者 张培平 苏广平 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期320-330,共11页
电容去离子(CDI)技术具有能耗低、再生效率高、无二次污染、易于操作等优点,在解决水资源短缺和水环境污染方面应用广泛。开发具有高电化学性能和盐吸附能力的电极材料是CDI脱盐的关键。碳材料因其高比表面积、丰富的孔隙结构、优异的... 电容去离子(CDI)技术具有能耗低、再生效率高、无二次污染、易于操作等优点,在解决水资源短缺和水环境污染方面应用广泛。开发具有高电化学性能和盐吸附能力的电极材料是CDI脱盐的关键。碳材料因其高比表面积、丰富的孔隙结构、优异的导电性和良好的稳定性而被广泛用作CDI电极。本文在介绍CDI技术基本原理的基础上,综述了5类典型碳基电极材料的研究进展,重点是材料设计和改进的吸附性能。对比分析了不同种类电极材料之间的优缺点,探讨了工业化存在的问题及改进方向。 展开更多
关键词 电容去离子 碳基电极材料 双电层 脱盐
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