基于阵列电极的新型混合电容器

刘文燚 栗林坡 桂秋月 邓伯华 李园园 刘金平

引用本文: 刘文燚, 栗林坡, 桂秋月, 邓伯华, 李园园, 刘金平. 基于阵列电极的新型混合电容器[J]. 物理化学学报, 2020, 36(2): 190404. doi: 10.3866/PKU.WHXB201904049 shu
Citation:  Liu Wenyi, Li Linpo, Gui Qiuyue, Deng Bohua, Li Yuanyuan, Liu Jinping. Novel Hybrid Supercapacitors Based on Nanoarray Electrodes[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(2): 190404. doi: 10.3866/PKU.WHXB201904049 shu

基于阵列电极的新型混合电容器

    作者简介:




    刘金平,武汉理工大学首席教授,湖北黄冈人,出生于1981年。2009年在华中师范大学获得博士学位,2008-2011年期间先后在新加坡南洋理工大学(NTU)进行访问和博士后研究。现主要从事新型二次电池、超级电容器及电催化等新能源材料与器件方面的研究;
    通讯作者: 刘金平, liujp@whut.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51672205, 51872104)和国家重点研发计划(2016YFA0202602)资助项目

摘要: 混合电容器由于兼具电池高能量密度和超级电容器高功率密度的优势,成为当前储能领域的研究热点。然而,电池电极和电容电极之间容量和功率的不平衡严重限制了混合电容器的实际性能。因此,如何实现二者的有效匹配,优化器件性能是混合电容器实用化的关键。阵列电极的使用打破传统粉末电极中不导电粘结剂对电化学动力学的限制,其独特的结构为正负极的匹配提供了新策略。此专论结合新型储能器件的研究现状以及本课题组在混合电容器方面的探索,简单探讨了混合电容器的储能机理和阵列结构作为电极材料的优势,着重介绍了本课题组近年来在混合电容器领域的研究工作,针对存在的科学问题提出了相应的解决方案,阐明了阵列电极混合电容器在柔性/可穿戴电子器件等领域的应用前景,并展望了混合电容器在未来的发展方向和挑战。

English

    1. [1]

      Zhou, T. H.; Lv, W.; Li, J.; Zhou, G. M.; Zhao, Y.; Fan, S. X.; Liu, B. L.; Li, B. H.; Kang, F. Y.; Yang, Q. H. Energy Environ. Sci. 2017, 10, 1694. doi: 10.1039/c7ee01430a

    2. [2]

      Li, H. F.; Han, C. P.; Huang, Y.; Huang, Y.; Zhu, M. S.; Pei, Z. X.; Xue, Q.; Wang, Z. F.; Liu, Z. X.; Tang, Z. J.; et al. Energy Environ. Sci. 2018, 11, 941. doi: 10.1039/c7ee03232c

    3. [3]

      Lu, Q.; He, Y. B.; Yu, Q.; Li, B.; Kaneti, Y. V.; Yao, Y.; Kang, F.; Yang, Q. H. Adv. Mater. 2017, 29, 1604460. doi: 10.1002/adma.201604460

    4. [4]

      贾朝阳, 刘美男, 赵新洛, 王贤树, 潘争辉, 张跃钢.物理化学学报, 2017, 33, 2510. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705311Jia, Z. Y.; Liu, M. N.; Zhao, X. L.; Wang, X. S.; Pan, Z. H.; Zhang, Y. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 2510. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705311

    5. [5]

      Yoshino, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5798. doi: 10.1002/anie.201105006

    6. [6]

      Li, B.; Zheng, J. S.; Zhang, H. Y.; Jin, L. M.; Yang, D. J.; Lv, H.; Shen, C.; Shellikeri, A.; Zheng, Y. R.; Gong, R. Q.; et al. Adv. Mater. 2018, 30, 1705670. doi: 10.1002/adma.201705670

    7. [7]

      Dong, L. B.; Xu, C. J.; Li, Y.; Huang, Z. H.; Kang, F. Y.; Yang, Q. H.; Zhao, X. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 4659. doi: 10.1039/C5TA10582J

    8. [8]

      Hu, H.; Guan, B. Y.; Lou, X. W. Chemistry 2016, 1, 102. doi: 10.1016/j.chempr.2016.06.001

    9. [9]

      Zuo, W. H.; Li, R. Z; Zhou, C.; Li, Y. Y.; Xia, J. L.; Liu, J. P. Adv. Sci. 2017, 4, 1600539. doi: 10.1002/advs.201600539

    10. [10]

      Zuo, W. H.; Wang, C.; Li, Y. Y.; Liu, J. P. Sci. Rep. 2015, 5, 7780. doi: 10.1038/srep07780

    11. [11]

      Han, C. P.; Li, H. F; Shi, R. Y.; Xu, L.; Li, J.Q.; Kang, F. Y.; Li, B. H. Energy Environ. Mater. 2018, 1, 75. doi: 10.1002/eem2.12009

    12. [12]

      Wang, H. W.; Zhu, C. R.; Chao, D. L.; Yan, Q. Y.; Fan, H. J. Adv. Mater. 2017, 29, 1702093. doi: 10.1002/adma.201702093

    13. [13]

      Kim, H.; Cho, M. Y.; Kim, M. H.; Park, K. Y.; Gwon, H.; Lee, Y.; Roh, K. C.; Kang, K. Adv. Energy Mater. 2013, 3, 1500. doi: 10.1002/aenm.201300467

    14. [14]

      Jin, T.; Han, Q. Q.; Jiao, L. F. Adv. Mater. 2019, 1806304. doi: 10.1002/adma.201806304

    15. [15]

      Qin, J.; Zhang, Q.; Cao, Z.; Li, X.; Hu, C. W.; Wei, B. Q. Nano Energy 2013, 2, 733. doi: 10.1016/j.nanoen.2012.12.009.

    16. [16]

      Pasquier, A. D.; Plitz, I.; Gural, J.; Badway, F.; Amatucci, G. G. J. Power Sources 2004, 136, 160. doi: 10.1016/j.jpowsour.2004.05.023

    17. [17]

      Zhai, Y. P.; Dou, Y. Q.; Zhao, D. Y.; Fulvio, P. F.; Mayes, R. T.; Dai, S. Adv. Mater. 2011, 23, 4828. doi: 10.1002/adma.201100984

    18. [18]

      Frackowiak, E.; Jurewicz, K.; Delpeux, S.; Beguin, F. J. Power Sources 2001, 97–98, 82. doi: 10.1016/S0378-7753(01)00736-4

    19. [19]

      Wang, G. P.; Zhang, L.; Zhang, J. J. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 797. doi: 10.1039/c1cs15060j

    20. [20]

      Augustyn, V.; Simon, P.; Dunn, B. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1597. doi: 10.1039/c3ee44164d

    21. [21]

      Jiang, Y. Q.; Liu, J. P. Energy Environ. Mater. 2019, 2, 30. doi: 10.1002/eem2.12028

    22. [22]

      Jiang, J.; Li, Y. Y.; Liu, J. P.; Huang, X. T.; Yuan, C. Z.; Lou, X. W. Adv. Mater. 2012, 24, 5166. doi: 10.1002/adma.201202146

    23. [23]

      Jiang, J.; Li, Y. Y.; Liu, J. P.; Huang, X. T. Nanoscale 2011, 3, 45. doi: 10.1039/c0nr00472c

    24. [24]

      Amatucci, G. G.; Badway, F.; Du Pasquier, A.; Zheng, T. J. Electrochem. Soc. 2001, 148, A930. doi: 10.1149/1.1383553

    25. [25]

      Plitz, I.; DuPasquier, A.; Badway, F.; Gural, J.; Pereira, N.; Gmitter, A.; Amatucci, G. G. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 2006, 82, 615. doi: 10.1007/s00339-005-3420-0

    26. [26]

      Sun, Y.; Zhao, L.; Pan, H.; Lu, X.; Gu, L.; Hu, Y. S.; Li, H.; Armand, M.; Ikuhara, Y.; Chen, L. Q. Nat. Commun. 2013, 4, 1870. doi: 10.1038/ncomms2878

    27. [27]

      Yu, L.; Wu, H. B.; Lou, X. W. Adv. Mater. 2013, 25, 2296. doi: 10.1002/adma.201204912

    28. [28]

      Zhao, L.; Hu, Y. S.; Li, H.; Wang, Z.; Chen, L. J. Adv. Mater. 2011, 23, 1385. doi: 10.1002/adma.201003294

    29. [29]

      Zhang, H.; Wang, Y.; Liu, P.; Chou, S. L.; Wang, J. Z.; Liu, H.; Wang, G.; Zhao, H. ACS Nano 2016, 10, 507. doi: 10.1021/acsnano.5b05441

    30. [30]

      Kodama, R.; Terada, Y.; Nakai, I.; Komaba, S.; Kumagai, N. J. Electrochem. Soc. 2006, 153, A583. doi: 10.1149/1.2163788

    31. [31]

      Deng, B. H; Lei, T. Y.; Zhu, W. H.; Xiao, L.; Liu, J. P. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1704330. doi: 10.1002/adfm.201704330

    32. [32]

      Li, Z.; Shen, W.; Wang, C.; Xu, Q.; Liu, H.; Wang, Y.; Xia, Y. J. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 17111. doi: 10.1039/C6TA08416H

    33. [33]

      Ni, J. F.; Fu, S. D.; Wu, C.; Zhao, Y.; Maier, J.; Yu, Y.; Li, L. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502568. doi: 10.1002/aenm.201502568

    34. [34]

      Shirpour, M.; Cabana, J.; Doeff, M. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2538. doi: 10.1039/c3ee41037d

    35. [35]

      Gui, Q. Y.; Ba, D. L.; Zhao, Z. S.; Mao, Y. F.; Zhu, W. H.; Lei, T. Y.; Tan, J. F.; Deng, B. H.; Xiao, L.; Li, Y. Y. Small Methods 2019, 3, 1800371. doi: 10.1002/smtd.201800371

    36. [36]

      Miller, J. R.; Simon, P. Science 2008, 321, 651. doi: 10.1126/science.1158736

    37. [37]

      Huang, Y.; Zhu, M. S.; Huang, Y.; Pei, Z. X.; Li, H. F.; Wang, Z. F.; Xue, Q.; Zhi, C. Y. Adv. Mater. 2016, 28, 8344. doi: 10.1002/adma.201601928

    38. [38]

      Suo, L.; Borodin, O.; Gao, T.; Olguin, M.; Ho, J.; Fan, X.; Luo, C.; Wang, C.; Xu, K. Science 2015, 350, 938. doi: 10.1126/science.aab1595

    39. [39]

      Yamada, Y.; Usui, K.; Sodeyama, K.; Ko, S.; Tateyama, Y.; Yamada, A. Nat. Energy 2016, 1, 16129. doi: 10.1038/nenergy.2016.129

    40. [40]

      Zuo, W. H.; Xie, C. Y.; Xu, P.; Li, Y. Y.; Liu, J. P. Adv. Mater. 2017, 29, 1703463. doi: 10.1002/adma.201703463

    41. [41]

      Li, R. Z.; Ba, X.; Zhang, H. F.; Xu, P.; Li, Y. Y.; Cheng, C. W.; Liu, J. P. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1800497. doi: 10.1002/adfm.201800497

    42. [42]

      Li, R. Z.; Lin, Z.; Ba, X.; Li, Y. Y.; Ding, R.; Liu, J. P. Nanoscale Horiz. 2016, 1, 150. doi: 10.1039/C5NH00100E

    43. [43]

      Kolathodi, M. S.; Palei, M.; Natarajan, T. S. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 7513. doi: 10.1039/C4TA07075E

    44. [44]

      Yan, J.; Fan, Z.; Sun, W.; Ning, G.; Wei, T.; Zhang, Q.; Zhang, R.; Zhi, L.; Wei, F. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2632. doi: 10.1002/adfm.201102839

    45. [45]

      Li, Y. Y.; Tang, F.; Wang, R. J.; Wang, C.; Liu, J. P. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 30232. doi: 10.1021/acsami.6b10249

    46. [46]

      Dai, C. S.; Chien, P. Y.; Lin, J. Y.; Chou, S. W.; Wu, W. K.; Li, P. H.; Wu, K. Y.; Lin, T. W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 12168. doi: 10.1021/am404196s

    47. [47]

      Jiang, Y. Q.; Zhou, C.; Liu, J. P. Energy Storage Mater. 2018, 11, 75. doi: 10.1016/j.ensm.2017.09.013

    48. [48]

      Wang, X. W.; Li, M. X.; Chang, Z.; Wang, Y. F.; Chen, B. W.; Zhang, L. X.; Wu, Y. P. J. Electrochem. Soc. 2015, 162, A1966. doi: 10.1149/2.0041511jes

    49. [49]

      Qu, Q. T.; Yang, S. B.; Feng, X. L. Adv. Mater. 2011, 23, 5574. doi: 10.1002/adma.201103042

    50. [50]

      Zhou, C.; Zhang, Y. W.; Li, Y. Y.; Liu, J. P. Nano Lett. 2013, 13, 2078. doi: 10.1021/nl400378j

    51. [51]

      Li, R. Z.; Wang, Y. M.; Zhou, C.; Wang, C.; Ba, X.; Li, Y. Y.; Huang, X. T.; Liu, J. P. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 5384. doi: 10.1002/adfm.201502265

    52. [52]

      Jiang, Y. Q.; Zhao, D. F.; Ba, D. L.; Li, Y. Y.; Liu, J. P. Adv. Mater. Inter. 2018, 5, 1801043. doi: 10.1002/admi.201801043

    53. [53]

      Zuo, W. H.; Zhu, W. H.; Zhao, D. F.; Sun, Y. F.; Li, Y. Y.; Liu, J. P.; Lou, X. W. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 2881. doi: 10.1039/c6ee01871h

    54. [54]

      Zhao, Z. S.; Ye, Y. H.; Zhu, W. H.; Xiao, L.; Deng, B. H.; Liu, J. P. Chinese Chem. Lett. 2018, 29, 629. doi: 10.1016/j.cclet.2018.01.011

    55. [55]

      Zhu, W. H.; Li, R. Z.; Xu, P.; Li, Y. Y.; Liu, J. P. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 22216. doi: 10.1039/c7ta07036e

    56. [56]

      Gui, Q. Y.; Wu, L. X.; Li, Y. Y.; Liu, J. P. Adv. Sci. 2019, 1802067. doi: 10.1002/advs.201802067

    57. [57]

      Xia, Y.; Mathis, T. S.; Zhao, M. Q.; Anasori, B.; Dang, A.; Zhou, Z. H.; Cho, H.; Gogotsi, Y.; Yang, S. Nature 2018, 557, 409. doi; 10.1038/s41586-018-0109-z doi: 10.1038/s41586-018-0109-z

    58. [58]

      Wang, C.; Zhan, Y.; Wu, L. X.; Li, Y. Y.; Liu, J. P. Nanotechnology 2014, 25, 305401. doi: 10.1088/0957-4484/25/30/305401

    59. [59]

      Ba, D. L.; Li, Y. Y.; Sun, Y. F; Guo, Z. P; Liu, J. P. Sci. China Mater. 2019, 62, 487. doi: 10.1007/s40843-018-9326-y

    60. [60]

      Liu, J. P; Guan, C.; Zhou, C.; Fan, Z.; Ke, Q. Q.; Zhang, G. Z.; Liu, C.; Wang, J. Adv. Mater. 2016, 28, 8732. doi: 10.1002/adma.201603038

    61. [61]

      Li, B.; Zheng, J.; Zhang, H.; Jin, L.; Yang, D.; Lv, H.; Shen, C.; Shellikeri, A.; Zheng, Y.; Gong, R.; et al. Adv. Mater. 2018, 30, e1705670. doi: 10.1002/adma.201705670

    62. [62]

      Zhao, C. M.; Wang, X.; Wang, S. M.; Wang, Y. Y.; Zhao, Y. X.; Zheng, W. T. Int. J. Hydrogen Energy 2012, 37, 11846. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.05.138

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  5
  • 文章访问数:  1407
  • HTML全文浏览量:  220
文章相关
  • 发布日期:  2020-02-15
  • 收稿日期:  2019-04-11
  • 接受日期:  2019-05-14
  • 修回日期:  2019-05-13
  • 网络出版日期:  2019-02-22
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章