具有抗冻特性的水凝胶电解质的制备及其在固态超级电容器中的应用

以大豆蛋白(SPI)、聚乙烯醇(PVA)和丙烯酰胺(AAm)为原料,过硫酸铵(APS)为引发剂,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,氯化锂为电解质盐,N,N,N',N'-四甲基乙二胺(TEMED)为促进剂制备得到具有抗冻特性的SPI-PVA-PAAm/LiCl水凝胶电解质,在低温条件下,探究了其力学性能以及...     

抗冻大豆蛋白基凝胶电解质的制备及应用

以大豆蛋白(SPI)、丙烯酰胺(AAm)和ZnCl₂为原料,热引发聚合制备了一种具备抗冻特性的大豆蛋白基凝胶电解质材料,探究了温度对材料离子电导率和力学性能的影响,并分析了其作用机制。研究结果表明：该凝胶电解质具有优异的抗冻性能,其中ZnCl₂的引入形成了大量Zn²⁺的溶剂化结构,破坏了水分子间的氢键,降低了凝胶电解质的凝固点;凝胶基体和盐离子的协同作用赋予了凝胶电解质高压缩回弹性和耐疲劳强度。对凝胶电解质的低温离子电导率分析表明：ZnCl₂≥5 mol/kg,凝胶电解质在-30℃的低温下离子电导率仍有3.65×10^-3 S/cm。对凝胶电解质的低温力学性能分析发现：凝胶电解质在-30℃下经历应变为80%的100次压缩循环后仍能保持结构完整,应力保持率>85%,塑性变形率为15%。同时,利用凝胶电解质组装的电化学电容器表现出良好的耐低温性能,电流密度5 A/g下,器件在-30℃下仍能够正常工作,其电容保持率达83.2%,在-30℃下经历10 000次循环充放电电容保持率达...     

大豆蛋白-聚丙烯酰胺/复合盐抗冻凝胶电解质的制备及其应用

以大豆蛋白(SPI)、丙烯酰胺(AAm)、ZnCl₂、LiCl为原料,制备得到一种具备抗冻性能的大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合盐(SPI-PAAm/ZnCl₂-LiCl)抗冻凝胶电解质,并将其应用到混合电容器中,考察器件在低温下的电化学性能。研究结果表明：ZnCl₂和LiCl的加入,破坏了凝胶电解质中水分子间氢键,并赋予凝胶电解质优异的低温离子电导率和较好的低温力学性能。当ZnCl₂与LiCl物质的量比为5∶12时,此条件下的抗冻凝胶电解质性能最优。在-70℃下,抗冻凝胶电解质经历100次应变为100%的循环拉伸测试仍保持结构完整,应力保持率>65%,塑性变形率<25%,能量损耗系数<0.35。基于此抗冻凝胶电解质的混合电容器在低温下仍具备良好的电化学性能,在-80℃下可以正常工作,低温环境下能量密度集中在50～200 Wh/kg,功率密度集中在1 000～30 000 W/kg,即便在-70℃下,混合电容器的功率密度接近1 000 W/kg,能量密度>10 Wh/kg。同时,在-...     

竹炭及其复合材料在超级电容器中的应用研究进展

详细阐述了竹炭基超级电容器材料的作用原理、制备工艺和影响因素,介绍了其结构设计和工艺方面的研究进展。相对于单一活性竹炭材料,重点分析了以竹炭作为赝电容材料生长/嵌合模板的竹炭基复合材料,赝电容材料与电解液界面之间发生的氧化还原反应,体现出双电层和赝电容的高效协同效应,使竹炭基碳材料具有更为广泛的应用领域。在总结当前竹炭基超级电容器材料研究成果及所面临问题的基础上,对利用我国丰富的竹材资源在超级电容器领域的应用前景进行了展望。     

基于超级电容器应用的采样控制器设计

在超级电容器工程应用中,电压、工作温度是影响使用寿命和应用安全的重要因素。针对该应用特点,设计了一种基于超级电容器应用的采样控制器并给出应用效果。     

纤维素基电极材料在柔性超级电容器中 的应用研究进展

纤维素是自然界中一种轻质、生物相容性好以及柔韧性强的生物高分子材料,在柔性超级电容器、生物传感器以及电磁屏蔽等领域得到了广泛应用。在柔性超级电容器领域中,纤维素基材料的多羟基结构是电解质离子传导的良好介质,有助于提高电极材料的电容特性以及循环特性,并且易与导电活性材料(如:石墨烯、碳纳米管、导电高分子)通过涂布、共混、层层自组装以及原位聚合等方法构建导电框架以制备柔性电极材料。综述了基于纤维素材料的柔性超级电容器电极开发的相关研究,重点介绍了基于不同纤维素基原料(原生纤维素、纳米纤维素以及纤维素衍生物)制备柔性超级电容器电极的方法以及所得电极的电化学性质,分析归纳了纤维素基材料在柔性电极中的主要作用:作为骨架支撑柔性电极材料、充当柔性基底(可兼有隔膜作用)、形成多孔结构传输电解质离子。最后,对纤维素材料在柔性电极材料领域的发展趋势进行了展望。     

基于STM32的超级电容器管理系统研究

由于超级电容器额定电压低,在高压大容量应用场合需将超级电容器进行串并联使用,各单体电容器间压差直接影响着超级电容器的性能和寿命。基于上述原因提出STM32的超级电容器管理系统设计方案,使用隔离DC-DC进行均衡,通过低损均衡方式提高了超级电容器的储能效率和可靠性,通过3G网络与远程监控终端实现数据共享,集中实现对整个超级电容管理系统的实时监控。     

氮掺杂竹炭基超级电容器电极材料制备与表征

以竹炭为前驱体、三聚氰胺为氮源、碳酸钾为预活化剂,采用两次活化工艺成功制备了氮掺杂竹活性炭超级电容器电极材料。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、比表面积及孔隙分析(BET)和X射线光电子能谱(XPS)等测试方法对制备的电极材料的形貌、结构、化学成分进行表征。通过控制活化过程中的炭碱比(质量比)优化样品的电化学性能,结果表明:炭碱比为1∶1时制备的NC-1样品比表面积高达1 984.4 m2/g,平均孔径为1.26 nm,样品具有清晰的介孔以及内部蠕虫状的微孔。炭材料中氮元素和氧元素含量(质量分数)分别为2.20%和4.65%,有利于增加活性炭表面的亲水性和赝电容,从而提高其比电容量。经电化学性能测试,NC-1样品循环伏安曲线(CV曲线)具有良好的对称性,呈近似矩形;其中在低电势窗口出现明显的宽峰,表明充放电过程中材料表面的含氮官能团与电解液之间发生氧化还原反应,贡献赝电容。恒流充放电显示在1 A/g电流密度下质量比电容高达224 F/g,与未采用该活化工艺的样品比较提高了86.7%。在50 A/g电流密度下其质量比电容高达144 F/g,且在10 A/g下经5 000次循环充放电后仍可达到93%的初始电容保持率,显示了氮掺杂竹活性炭超级电容器电极材料较优异的电化学性能和稳定的循环性能。     

各向异性纳米纤维素基水凝胶的制备及应用进展

纳米纤维素是天然一维纳米材料,具有高长径比、机械性能优良、独特的双折射效应等性质。基于纳米纤维素开发制备的各向异性水凝胶材料,表现出与皮肤、肌肉和软骨等天然组织相似的力学、光学、传质等性质的各向异性,在仿生工程、生物医学工程等领域具有优异的应用前景。围绕如何有效地利用纳米纤维素的自身结构特点开发高强度、功能性纳米纤维素基水凝胶,从制备方法、性质特征和应用3个角度,综述了近年来各向异性纳米纤维素基水凝胶的研究进展：系统总结了各向异性纳米纤维素基水凝胶材料自下而上和自上而下2种制备方法;重点阐述了其极高的力学强度、独特的双折射性质、可控的传质途径、各向异性导电、各向异性导热等优异特性;详细介绍了其在机械、显示、传感与生物医学等领域的应用情况。最后,根据各向异性纳米纤维素基水凝胶的研究进展,提出其探索低成本、简便的新型制备方法,提升其多功能性与构建其可预测的本构模型仍是各向异性纳米纤维素基水凝胶未来研究的重点。     

超级电容器系统在储能式无轨电车上的应用

用装有超级电容管理系统的超级电容器系统作为驱动电源的储能式无轨电车具有能量循环利用率高、零排放、低噪声和机动性好的特点。通过模拟工况热效应试验以及储能式无轨电车原型车的实际运行数据分析,储能式无轨电车能够满足未来清洁能源公共交通的应用。     

固体聚合物电解质水电解膜电极的制备方法

综述了固体聚合物水电解制氢膜电极的各种制备方法及其优缺点,指出了在这些方法中,喷涂法由于具有明显优势,最适合用于膜电极的大规模批量生产。     

pH敏感型葡萄糖基水凝胶的制备及溶胀性能测试

以葡萄糖为模板化合物,利用甲基丙烯酸缩水甘油醚对其改性后与丙烯酸、丙烯酰胺进行共聚反应,再经冷冻干燥,制备了具有pH值敏感特性的葡聚糖基水凝胶,并表征了其结构,优化了制备条件。结果表明:最佳条件为葡萄糖/丙烯酸/丙烯酰胺质量比为1∶4∶4,交联剂用量0.5%,引发剂用量1%,反应温度为65℃,在此条件下,水凝胶的平衡溶胀度可达90.5 g/g。研究发现该葡聚糖基水凝胶在同一pH值介质中的溶胀度随时间延长而增大,最后趋于平衡;其在无酶人工肠液(p H值7.4)中的溶胀度明显高于无酶人工胃液(pH值1.2),且该凝胶在两种介质中基本无降解。     

木质纤维素基复合碳气凝胶的制备及其电化学性能

以纤维素纳米纤丝和多壁碳纳米管为主要原料,采用一步水热法、冰模板法冷冻干燥以及高温煅烧法,成功制得具有多级连通类木材管胞状孔结构的氮掺杂碳点的复合衍生碳气凝胶,并对其微观形貌、化学结构、比表面积和孔隙度进行表征。通过循环伏安测试、恒电流充放电测试、交流阻抗测试和长循环测试等电化学表征手段分析其电化学性能。结果表明：碳气凝胶表面经高温煅烧得到大量氮、氧杂原子掺杂的碳微颗粒和碳微绒毛,提高了碳气凝胶的缺陷态结构含量和比表面积,其比表面积可达377.9 m²/g;在三电极测试体系下,比电容可达121.8 F/g(测试电流密度为0.2 A/g,电压窗口为-0.2～0.8 V);在2 A/g的电流密度下,进行5 000次充放电循环后,电容保持率可达131.7%。衍生碳气凝胶独特的微观形貌和高比表面积,为能量存储提供了更快速和便捷的电子/离子传输通道、优异的导电性和更高的比容量,为超级电容器等储能器件电极材料的设计提供了木基生物质资源利用的新思路。     

刺激响应型水凝胶农药载体应用研究进展

高分子聚合物水凝胶作为药剂载体在农药中的应用已经成为一个热门研究领域。文章综述了高分子聚合物水凝胶作为缓释和刺激响应药剂载体在农药中的应用研究进展,重点介绍了水凝胶在农药制剂中的应用方式、刺激响应方式和水凝胶农药制剂的发展趋势,利用水凝胶作为农药载体,结合农药包封、涂膜等技术,实现农药的缓释和控制释放,减少农药对环境污染的同时,可提高农药的施用效果,并且有望实现农药施用智能精准调控。     

高分子·激素水凝胶生根膜制备与试验

以聚乙烯醇为聚合体与甘油反应制得水凝胶,以水凝胶为载体加入生根激素,最后制得高分子·激素水凝胶,将其涂在插穗上面水凝胶干燥后在插穗表面形成一层薄膜,防湿水,可以缓解释放出激素刺激插穗生根,从而达到延长插穗生根临界期,提高插穗生根成活率的目的。