Kelvin式等电位保护电极的气隙误差

Kelvin式等电位保护电极有着多方面的用途。但一般在应用时均假设其绝缘气隙的宽度为无限小,因而未考虑由于实际气隙具有一定宽度而引起的误差。本文利用保角变换求出了当气隙为有限宽时静电场的解析解,并由此导出了因气隙宽度而引起的电容量误差及静电力误差。所得的计算公式简单明了,便于设计者应用。同时文中还给出了用保角变换法来计算静电力的普遍公式,可适用于任意形状的电极系统。     

金属氮化物纳米储能材料及其柔性超级电容器

超级电容器具有功率密度高、循环寿命长和安全性高等优点,在储能领域具有巨大的应用前景。如何设计和制备具有优异电容性能的电极材料和电极结构是制备高性能超级电容器的关键。过渡金属氮化物(Mx N,M=Ti,V,Mo,Nb,W)是一类具有开发潜力的优异电化学储能材料。相比碳材料,过渡金属氮化物具有更大的比电容,相比过渡金属氧化物电极材料,过渡金属氮化物表现出更为优异的倍率性能和快速充放电性能。介绍了几种典型的过渡金属氮化物储能材料及其电容特性,利用金属氮化物纳米线高长径比的特征,通过简单真空抽滤的方法,制备了具有良好机械柔性的三维交织的纳米线基薄膜纸电极;结合凝胶电解液,构建了高性能的柔性全固态超级电容器,最后对过渡金属氮化物在超级电容器领域的发展进行了展望。     

纳米碳材料负载过渡金属氧化物用作超级电容器电极材料

与传统能量存储设备相比,超级电容器因具备比电容高、充放电快、绿色环保并且循环稳定性能优异等优点,在移动通信、电动汽车、国防和航空航天领域具有广阔的应用前景,已成为世界范围内的研究焦点。其中,超级电容器的电极材料是其性能的决定因素,常见的超级电容器电极材料包括碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物等。不同的电极材料的电荷储存机理不同,过渡金属氧化物具有典型的赝电容行为,依赖可逆的氧化还原反应和化学吸附/脱附过程来储存电荷,理论比电容高。然而,过渡金属氧化物同时存在导电性能差,循环稳定性不佳的缺点。碳材料主要表现双电层电容特性,依靠材料表面和电解质离子间的可逆物理吸附/脱附过程储存电荷,具有优异的倍率性能,符合实际生产和应用中对于超级电容器器件高寿命的要求,但其自身比电容相对较低。与单一属性的材料相比,复合材料往往表现出更加优异的电化学性能,大量的研究表明,过渡金属氧化物与碳材料的复合是解决上述问题的有效途径。碳材料因具有来源丰富、价格低廉、质量轻盈、比表面积高以及热稳定性好与电化学性能稳定等优点,日益受到重视,是构建赝电容电容器电极的首选基底材料。碳材料结构多样,近年来,零维的碳量子点、碳球,一维的碳纳米管、碳纳米纤维,二维的石墨烯、氧化石墨烯,三维的石墨烯泡沫、碳泡沫/海绵等均被成功地用于构建碳基复合电极材料,并取得了丰硕的成果。零维碳纳米材料具有高比表面积,提供了调节多孔性的灵活度,可以获得适合各自电解质溶液的最优化条件。一维碳纳米结构一般具有高长宽比和良好的电子传输性能,可以促进超级电容器电极的电荷转移。二维碳纳米结构具有比表面积大与导电性高、力学性能优良等特点,具备潜在赝电容行为,并且能增强超级电容器电极间的充放电反应动力学。利用三维导电材料作为模板,沉淀赝电容材料,可以构建高性能超级电容器电极。本文概述了不同维度碳材料负载过渡金属氧化物作为赝电容的电极材料及其电容性能,并对电极材料储能方面存在的不足和未来的研究方向做出了总结和展望,以期为制备性能优良、环境友好和高寿命的超级电容器提供参考。     

同步氨化/碳化法制备MXene/C平面多孔复合电极

MXene是一种新型二维过渡金属碳/氮化物, 具有优异电化学性能的赝电容型超级电容器电极材料。本研究尝试用同步氨化/碳化制备MXene平面多孔电极。以滤纸为多孔平面模板, 通过浸渍-烘干的手段把MXene固定在滤纸的纤维上, 然后在氨气的气氛中热处理, 得到了MXene/C平面多孔复合电极。分析结果表明: MXene纳米片均匀包覆在由滤纸碳化形成的碳纤维上。当浸渍5次时, 在2 mV/s的扫速下测试, 制备出的复合电极的面积比电容达到403 mF/cm ²。在电流密度为10 mA/cm ²下进行恒流充放电循环测试2500次后, 比电容仍然与初始电容几乎相同, 表现出良好的倍率性能和循环稳定性。在不使用高分子粘合剂和金属集流体的情况下, 同步氨化/碳化法制备出的MXene/C平面多孔复合电极表现出优良的电化学性能。     

变面积结构微机机械电容式加速度传感器

文章首次报道了一种基于面积可变电容结构的微机械加速度传感器。质量块呈栅状结构,由悬臂梁支撑。两组交叉放置的定电极位于质量块的正下方。在惯性力的作用下,质量块呈平行于衬底水平移动,引起由质量块的栅与定电极的叉指构成的差分电容变化。通过测量差分电容的变化,可以得到加速信号的大小。理论分析表明加速度响应信号随面积呈线性变化,而与质量块及定电极的间距无关。加速度传感器的制作采用了基于金属电镀的准LIGA技术,设计量程为20m/s2。测量结果表明,加速度传感器量程为20m/s2,灵敏度为58.1mV/(m·s-2),非线性为4%FS。讨论了器件线性度不够理想的原因。     

过渡金属/活性炭电极的电容性能研究

选用微孔和中孔活性炭采用浸渍法负载金属离子,考察在水性电解质中用于超级电容器的活性炭复合电极的电化学性能,探讨活性炭在负载前后的放电容量变化情况.采用低温氮吸附和直流恒流循环实验考察活性炭复合电极的孔结构及电容性能.研究表明:金属Cu、Mn具有比较明显的准电容效应,Co、Ni可提高中孔活性炭的放电容量,而金属Mo、Fe和Y的准电容效应不显著;中孔活性炭负载金属的作用明显强于微孔活性炭;中孔活性炭负载金属Cu时,放电容量随负载量的增加而上升.     

纳米NiO/C复合电极电化学电容特性的研究

为满足高性能电化学电容器发展的需要,采用循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）研究了纳米NiO／C复合电极在KOH溶液中的电化学电容特性。这种纳米NiO／C复合电极材料是经热解柠檬酸镍凝胶制得的,由大约85％的纳米NiO和15％的纳米C组成,粉体的比表面积为181m^2／g,颗粒粒径〈30nm,微孔直径分布在4～10nm。结果表明,纳米NiO／C复合电极的比电容受KOH浓度和扫描速度的影响,高的电解质浓度和低的扫描速度有助于获得高的比电容。电极的电化学过程研究显示出法拉第反应和双电层特性,因而电极电容由法拉第准电容和双电层电容组成,电极比容量可达116．4F／g。由纳米NiO／C复合电极组成的电容器,其比能量达13．2kJ／kg,比功率达1．6kW／kg,且具有良好的循环稳定性。     

关于交流电桥中损耗因数功能检定方法的研究

1 基本概念 电容是储能元件，在理想情况下是不消耗电能的。但实际上，由于电容的引脚、引线、端钮、极板等都是由金属导体制成的，这部分导体的电阻不可能为零，加之介质的绝缘电阻也不可能为无穷，所以电容总有一小部分电能损耗。我们把交流正弦波一个周期内，电容损耗能量与电容存储能量的比值称为损耗因数。     

可拉伸超级电容器碳基复合电极材料的研究进展

随着便携式和可穿戴电子产品的发展,人们对柔性储能设备的需求越来越迫切。常用的储能设备有锂离子电池、超级电容器等。与锂离子电池相比,超级电容器具有更快的充放电速度、更高的循环稳定性能和更大的比电容等优点。但传统的超级电容器在受到拉伸、压缩等外力作用时,存储功能难免下降甚至丧失。因此,可拉伸超级电容器引起了研究者们的关注。电极是可拉伸超级电容器的重要组成部分,人们通过制备性能优异的电极材料或设计能够抗压缩、拉伸、扭曲等高强度机械力的电极结构来提高电极的电化学性能和力学性能。碳纳米管、石墨烯、碳纤维和碳气凝胶等碳材料属于双电层电容器电极材料,它们虽然比表面积大、循环稳定性强,但仍存在低比电容、低能量密度等缺点。其中,石墨烯更是面临因堆叠团聚而导致的储能性能降低的问题。于是,人们在将碳材料与其他电极材料结合制备碳基可拉伸复合电极材料方面做了许多尝试。高比电容的赝电容电极材料、大比表面积的过渡金属硫化物或高导电性的金属纳米线,都已被发现能够与某些碳材料产生协同互补,形成的碳基复合电极在比电容、循环稳定性和力学性能方面相比单种碳电极材料有明显提高。本文在对比介绍用作可拉伸超级电容器的各种碳材料的优势与不足的基础上,综述了近年来广泛应用于可拉伸超级电容器的碳基复合电极材料的研究进展。     

电极制备工艺对褐藻多孔碳双电层电容性能的影响

为探究电极制备过程对材料双电层电容可能带来的变化,以褐藻为前驱体制备多孔碳,研究了电容测试过程中碳颗粒尺寸和电极制片压力两种工艺参数对其双电层电容性能的影响规律.通过将多孔碳粉末严格筛分成5组不同的尺寸,分别制成电极并测试其充放电性能和循环伏安曲线,得到比电容随颗粒尺寸变化的规律;再选取优化尺寸的多孔碳,在4种不同的压力下制成电极片,进而研究了不同制片压力对电极电容的影响规律.研究表明,在微米级,所制电极的比电容随碳颗粒尺寸的减小显著增加,同时随制片压力的增大,比电容先增大后减小.本实验条件下,碳颗粒尺寸小于25μm、制片压力为10 MPa(对应电极片所受真实压强约619 MPa)时,得到的电极片具有最高的比电容值.     

基于ANSYS的同面多电极电容传感器仿真研究

同面多电极电容传感器是一种新的飞机复合材料构件损伤检测技术,该检测技术的正问题中敏感场分布函数的计算要涉及到静电场中电容计算问题。在仿真研究中,电容要通过场的数值计算方法来求得。本文介绍了如何使用ANSYS有限元分析计算同面多电极电容传感器中的各电极对之间的电容,对检测材料发生异常及传感器参数改变时电容的变化进行了分析,为损伤检测的特征提取和逆问题图像重构提供了仿真数据。     

聚苯胺修饰活性炭电极电化学性能

采用循环伏安法在活性炭电极（AC）表面合成导电聚苯胺，得到聚苯胺修饰活性炭复合电极（PAn／AC），通过循环伏安（CV）、恒流充放电技术研究了电极的电容特性，并计算了其等效串联电阻。结果表明，在硫酸溶液中，复合电极呈现较好的电容特性，复合电极的比电容能达到545F／g，比纯活性炭电极的306F／g提高了78％，不同放电电流密度下求出的比电容比纯活性炭电极平均提高了89％，且复合电极的ESR比AC电极稍小。     

分等级孔道含氮多孔炭作超级电容器电极材料的研究

以间苯二酚和甲醛为前驱体,分别采用赖氨酸或氨水共聚体系制备了两种具有分等级孔道结构的块体含氮多孔炭.采用氮气吸附/脱附,透射电子显微镜,扫描电子显微镜及元素分析技术分别对其物理和化学性质进行了表征.在三电极体系和两电极体系下,研究了其作为超级电容器电极材料的电化学行为.结果表明:这两种氮掺杂块体多孔炭具有相似的孔道结构,但电容行为明显不同.其中赖氨酸体系制备的多孔炭氮含量比较高,表现出良好的电化学行为,其质量比电容可达199F·g-1,经过1000充放电循环比电容仅有1.6%的损失.     

电子废料中的贵金属的回收和利用

按照一般的说法,电子废料指的是在电子元、器件和构件制造中产生的废品、残料以及报废的电子计算机、印刷电路板、连接器等电子产品。这种残、废料的特点是在载体上镀有贵金属薄层,它可能暴露在外,亦可能处在零、部件里边。电子废料的成分是30%塑料、30%难熔氧化物和40%金属(普通金属占     

一种提高薄膜厚度测量灵敏度的方法

针对薄膜材料厚度无损测试技术,提出一种三电极平行板电容传感器薄膜测厚方法。具体采用了三电极平行板电容器结构,该电容传感器含有三个相同的几何尺寸是毫米级的平板电极探头,电极之间的间距可变。依据电容原理和保角变换方法建立理论模型。通过Fortran语言编写算法,将得出的计算结果与传统方法进行比较。结果表明用此方法检测薄膜厚度变化,不仅继承了传统电容测厚技术具有的结构简单,操作快捷,便于控制,低功耗,低成本等优点,还大大提高了薄膜厚度检测的灵敏度。     

石墨烯基电容去离子电极材料的制备及其性能

石墨烯是2004年制备出的单层碳原子二维材料,具有比表面积大、导电性高等优点,近年来在电容去离子中作为电极材料的潜力逐渐受到关注。总结了自2009年第1篇相关文献发表以来石墨烯或其复合物(统称为石墨烯基电极材料)作为电容去离子电极材料的文献。首先总结了石墨烯基电极材料的制备技术;之后对石墨烯基电极材料的电极性能参数(比电容、比表面积、平均孔直径、导电性等)进行了归纳和比较;进一步讨论了不同石墨烯基电极材料应用于电容去离子的电吸附性能,并与其它碳电极材料作了对比;最后对石墨烯基电极材料用于电容去离子的研究方向作了展望。     

一种电容层析成像系统电极组合激励测量方法

针对电容层析成像图像重建具有非线性不适定性的问题,提出了8组24电极旋转激励测量方案,并与传统12电极电容层析成像传感器进行了对比分析,包括电容值大小及其动态范围、敏感场分布均匀性以及重建图像质量。应用COMSOL软件及Matlab软件对两种传感器激励模式进行仿真,结果表明:所提出的8组电极旋转激励测量模式,其电容独立测量数与传统12电极传感器相近,可较好地保证实时成像速度,测量电容值较大且动态范围较小,降低了信号检测电路设计难度,测量区域灵敏场均匀性有所改善,对中心物体的成像质量明显提高。     

电容薄膜规规管零漂的改善

从1949年开始到现在,国外已研制出四代电容薄膜压力传感器.第一代是差压式双边对称电极的传感器;第二代是绝对式单边双电极的传感器;第三代在测量线路上有了很大的改进;第四代是对式单边单电极的传感器,首先分析了造成电容压力传感器稳定性差的6种原因。认为环境温度的改变和规管焊接应力是造成规管零漂的主要因素。并对这两种主要因素提出了相应的解决办法.温度变化的影响采用恒温的方法来解决.焊接应力的影响采用以粘代焊的方法来消除.采用这两种措施以后,电容薄膜规的稳定性有了较大的改善.     

电化学法原位合成Zn/Co-ZIF材料及电容性能

采用电化学法原位合成双金属Zn/Co-类沸石类咪唑骨架材料(ZIF)。通过改变反应溶剂配比、电压大小、反应时间及金属钴盐添加量来探究材料的最佳合成条件。在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与乙醇(EtOH)的体积比为1∶4,外加电压为5 V,外加金属钴盐为0.08 g时,合成不规则层状颗粒结构的Zn/Co-ZIF。以Zn/Co-ZIF为活性物质制备电极用于超级电容器性能研究,并与同条件下电化学法原位合成的ZIF-8作对比。通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)及交流阻抗(EIS)等测试手段探究其电容性能。结果表明,不同扫描速度下Zn/Co-ZIF电极材料的CV曲线有一对氧化还原峰,表现出明显的赝电容特性。在1 A/g的电流密度下,Zn/Co-ZIF电极材料的比电容为189 F/g,高于ZIF-8电极(72 F/g),2000次循环后,比电容值仍能保持初始值的90.5%。      

基于金属有机骨架衍生炭应用于电容去离子电极材料的研究进展（英文）

电容去离子(CDI)技术因低能耗、低成本和低污染等优点被认为是新型的脱盐技术,其中的电极材料是CDI模块的核心部件。理想的电极材料应具有分层的多孔结构、良好的表面特性和优异的电化学性能等特点。金属有机骨架(MOFs)衍生炭因其可控的形貌结构、合适的孔径分布和优异的导电性,成为一种有发展前景的CDI电极材料。本文介绍了CDI技术和MOFs衍生炭的特点,综述了MOFs衍生炭、改性MOFs衍生炭、杂原子掺杂MOFs衍生炭和MOFs衍生炭复合材料在电容去离子电极材料中发展的最新前沿动态,并总结了MOFs衍生炭电极材料应用于CDI技术的优势及其当前面临的挑战。最后,预测了MOFs衍生炭在CDI电极材料的发展趋势。