GaN-based Resonant Cavity LEDs Fabricated by Photo-Electrochemical Etching and Micro-Transfer Printing
提出结合光电化学刻蚀与MTP制备GaN基RCLED的方法,实现低损伤膜释放与转印,显著窄化线宽、稳定波长并减小发散角。
2025-10-21 physics.app-ph physics.optics
Metal Oxide-Vertical Graphene Nanosheets for 2.6 V Aqueous Electrochemical Hybrid Capacitor
与传统电池相比,水性不对称电化学电容器具有高功率密度和优异的循环稳定性,目前被认为是最有前途的储能竞争者。然而,制备电极材料和选择合适的水性电解质是开发具有高电荷存储容量的电化学电容器装置的关键。在此,我们报道了一种可行的方法来分别合成MnO 2/垂直石墨烯纳米片(VGN)和Fe 2 O3/VGN作为正极和负极。VGN骨架的表面独立地装饰有具有海绵状形貌的MnO 2和具有纳米状形貌的Fe 2 O 3。建立了金属氧化物在VGN网络上生长机理的示意图。两种电极都显示出比裸VGN(0.47 mF/cm 2)高约250倍的电荷存储容量,具有118(MnO 2/VGN)和151 mF/cm 2(Fe 2 O 3/VGN)的比电容。除了双层电容贡献之外,多孔互连的垂直石墨烯结构用作金属氧化物材料的机械骨架,并为电子输运提供多个导电通道。所制备的非对称电化学电容器器件具有76 mF/cm 2的比电容和71 microWh/cm 2的能量密度,在2.6 V的电位窗口内具有高达12000次循环的优异电化学稳定性。非对称电化学电容器器件的值得称赞的性能验证了其作为下一代便携式能量存储器件的潜在用途。
2022-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Architected Porous Metals in Electrochemical Energy Storage
多孔金属结构通常用于电化学能量储存装置中作为载体、集电器或活性电极材料。例如,涉及晶体生长或自组装的块体金属多孔化、去合金化、焊接或化学合成途径有时可以提供对多孔长度尺度、有序性、周期性、再现性、孔隙率和表面积的有限控制。增材制造和3D打印已显示出彻底改变多种形式结构金属制造的潜力,允许传统方法通常不可能实现的复杂几何形状,但可以根据所需的物理或化学性质实现多孔金属的完全设计自由度。我们讨论了多孔金属结构在EES设备的性能,并提供了一些意见,如何架构的金属可以减轻问题与电化学活性多孔金属集流体,并提供机会,优化设计的基础上所需的电池,超级电容器或其他电化学设备的电化学特性。
2020-01-17 physics.app-ph
A general Lewis acidic etching route for preparing MXenes with enhanced electrochemical performance in non-aqueous electrolyte
过渡金属的二维碳化物和氮化物,称为MXenes,是一种快速增长的二维材料家族,作为储能材料引起了人们的关注。到目前为止,MXene主要是由含Al的MAX相(其中A = Al)通过Al溶解在含F溶液中制备的,但大多数其他MAX相尚未被探索。在这里,氧化还原控制的A位蚀刻的MAX相在路易斯酸熔体中提出和验证的合成各种MXene从非常规MAX相前体与A元素Si,Zn和Ga。通过该熔融盐合成方法获得的Ti 3C 2 MXene材料的负极在1 M LiPF 6碳酸盐基电解质中提供高达738 C g-1(205 mAh g-1)的Li+存储容量,具有高倍率性能和伪电容式电化学特征。由这种熔盐合成路线制备的MXene提供了作为电化学储能应用的高倍率负极材料的机会。
2019-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Sol-Gel-Derived NiO/ZnO Thin Films with Single and Heterostructure Layers for Electrochemical Energy Storage
本研究通过溶胶-凝胶法制备NiO/ZnO异质结构薄膜,利用掺杂和异质结构提升电容性能,为超级电容器提供低成本、可扩展的电极材料。
2026-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Metal oxide nanomaterials for pseudocapacitors
随着经济的快速发展、化石燃料的消耗和环境污染的日益严重,迫切需要寻求清洁可再生能源以及高效低成本的储能技术。关于电化学活性材料,过渡金属氧化物(TMO)被认为是下一代SC的最有希望的候选者,并且已经被广泛报道。因此,在这篇综述中,我们主要关注具有优异电化学性能的TMO。本文主要分为四个部分:(a)综述了储能电池的研究背景,包括储能机理和电化学特性;(b)从晶体结构、导电性和储能机理等方面详细分析了各种储能电池用TMO;(c)总结和讨论了TMO与其他材料杂化以改善其电化学性能的研究进展;(d)就为性能优越的供应链开发和设计TMO提出了一个观点和简短评论。
2019-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Homogeneous hierarchical NiMoO4@NiMoO4 nanostructure as a high-performance anode material for electrochemical energy storage
在这里,我们报告了非凡的电化学能量存储能力的NiMoO4@NiMoO4均匀分层纳米片上的纳米线阵列(SOWAs)的镍衬底上合成的两阶段水热过程。与裸NiMoO 4纳米线阵列相比,SOWAs电极的电化学性能得到了改善。这种改进可以归因于特征均质分层结构,其不仅有效地增加了用于快速电荷转移的活性表面积,而且通过消除纳米线/纳米片结处的势垒显著降低了电极电阻,这通常是其他报道的异质结构中的问题。我们进一步评估的SOWA的性能,通过构建一个不对称的混合超级电容器(ASC)与SOWA和活性炭(AC)。优化后的ASC在0 ~ 1.2 V、1.38 kW/kg、能量密度为47.2 Wh/kg时表现出优异的电化学性能,4000次循环后比容量保持率高达91.4%,说明NiMoO4@NiMoO4//AC ASC器件具有显著的循环稳定性。研究结果表明,这种独特的NiMoO4@NiMoO4SOWAs具有很好的储能应用前景
2019-03-27 physics.app-ph
Design and evaluation of conjugated polymers with polar side chains as electrode materials for electrochemical energy storage in aqueous electrolytes
我们报道了具有氧化还原活性的共轭聚合物在电化学储能方面的潜在应用。侧链工程使得能够从溶液中加工聚合物电极、在水性电解质中的稳定性以及离子和电子载流子的有效传输。我们合成了一种含乙二醇侧链的3,3 '-二烷氧基联噻吩均聚物(p型聚合物)和一种含乙二醇或两性离子侧链的萘-1,4,5,8-四羧基-二酰亚胺-二烷氧基联噻吩(NDI gT 2)共聚物(n型聚合物)。对于后者,我们开发了一种后官能化合成,将极性两性侧链连接到聚合物主链上,以避免纯化极性中间体的挑战。我们证明了快速和可逆充电的溶液处理电极的p型和n型聚合物在水性电解质中,不使用添加剂或多孔支架和膜高达微米厚。我们应用光谱电化学作为一种操作技术来探测电极的荷电状态。这表明p型聚合物和两性离子型聚合物的薄膜可以可逆地带电,每个重复单元具有至多两个电子电荷(双极化子形成)。我们将这些聚合物的薄膜组合在双电极电池中,并展示了高达1.4 V的输出电压和高氧化还原稳定性。我们的研究结果表明,适当的极性侧链官能化的共轭聚合物,以提高在水性电解质中的聚合物电极的比容量,可逆性和速率能力的潜力。
2020-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Understanding the electrochemical performance and diffusion kinetics of HC$||$Na$_3$V$_2$(PO$_4$)$_3$/C full cell battery for energy storage applications
本研究制备了HC为负极、NVP/C为正极的钠离子全电池,表征其结构并测试电化学性能,揭示了其高电压、低极化、良好倍率性能及对应的钠离子扩散动力学特征,为储能用钠离子电池研发提供参考。
2024-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exploring the Mechanical Behaviors of 2D Materials in Electrochemical Energy Storage Systems: Present Insights and Future Prospects
本文综述二维材料在电化学储能系统中的力学行为,强调界面力学与化学-力学耦合挑战,并展望多尺度建模方法(原子模拟、连续介质、机器学习)的未来方向。
2023-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Laws of 4D printing
3D和4D打印结构之间的主要区别是一个额外的维度,这是随着时间的推移智能进化。然而,目前还没有通用的公式来模拟和预测这个额外的维度。在这里,通过从基本概念出发,我们推导并验证了一个通用的双指数公式,该公式是建模和预测4D打印多材料结构的第四个D所必需的。4D打印是一种新的制造模式,用于在多材料结构中制作刺激响应材料,用于先进产品(和结构)的先进制造(和构造)。它保留了3D打印的一般属性(例如消除模具,模具和机加工),并进一步使产品和结构的第四维能够随着时间的推移提供智能行为。这种智能行为在打印过程中被编码(通常通过逆数学问题)到刺激响应的多材料中,并在打印后通过刺激实现。在这里,我们深入到第四个维度,揭示了三个一般规律,支配几乎所有的时间依赖性形状变化行为(光化学-,光热-,溶剂-,pH-,水分-,电化学-,生物-,超声-,酶-等。多材料4D结构。我们证明了两种不同类型的时间常数控制着几乎所有多材料4D打印结构随时间的形状变化行为。我们的研究结果从最基本的概念开始,以控制方程结束,可以作为4D打印领域未来研究的一般设计原则,其中应正确理解,建模和预测与时间相关的行为。未来4D打印的软件和硬件开发也可以从这些结果中受益。
2018-10-24 physics.app-ph
Fast Activation of Graphene with Corrugated Surface and its Role in Improved Aqueous Electrochemical Capacitors
在石墨烯基材料中,通常通过具有极高表面积的丰富多孔结构来提高储能能力。通过利用表面波纹,这项工作显示了一种替代策略,以激活石墨烯材料的大电容。我们展示了如何简单地制造这种活化的石墨烯以及这些表面结构如何帮助实现相当大的比电容(例如,在5 mV s-1下的~340 F g-1的电极电容和在1.7A g-1下的~ 343 F g-1的器件电容)和功率性能(例如,分别在~10.7和1.53 Wh kg-1的能量密度下的50和2500 W kg-1的功率密度),其与具有超高表面积的高度活化的石墨烯材料的那些相当并且甚至更好。这项工作展示了一种提高碳基材料容量的新途径,可以开发并与其他系统结合,用于各种改进的储能应用。
2021-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Minimal Physics-Based Model on the Electrochemical Impedance Spectroscopy of Solid-State Electrolyte
固态电池由于安全性和能量密度优势而成为潜在的下一代能量存储装置。电解质的发展是固体电池的重要课题之一。电化学阻抗谱(EIS)是一种常用的测量技术,用于获得电导率和诊断电解质。目前的解释主要是利用曲线的周期部分,而舍弃了EIS揭示的其他信息,如曲线在低频的斜率。更糟糕的是,曲线上的一些特征没有得到充分解释。为了更好地理解传输机制并解释阻抗谱曲线,我们引入了一个连续模型来量化电解质中的离子传输和电流。将模型生成的EIS曲线与实验数据进行了比较,结果表明两者吻合较好。
2021-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Filled Carbon Nanotubes as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries
将成熟的材料缩小到纳米级是获得新功能的关键途径,特别是如果不同的功能合并在混合纳米材料中。混合碳基分级纳米结构对于电化学能量存储特别有前途,因为它们结合了纳米尺寸效应、增强的导电性和本体材料的完整性的益处。我们表明,内嵌多壁碳纳米管(CNT)封装高容量(这里:转换和合金化)电极材料具有很高的潜力,用于锂离子电池(LIB)的阳极材料。存在与电化学能量储存中的应用相关的填充的CNT的两个基本特征:(1)CNT的刚性中空腔体在其内腔中提供纳米颗粒的上限,所述纳米颗粒既与其它CNT的填充物分离又被保护免于降解。特别地,CNT壳抵抗封装物响应于电化学循环的强烈体积变化,这在常规转化和合金化材料中阻碍了在能量存储装置中的应用。(2)碳套确保与活性材料的电接触,因为它们不受封装的潜在裂缝的影响,并在电极化合物中形成稳定的导电网络。我们的研究证实,胶囊是电化学活性的,可以实现完全的理论可逆容量。结果表明,在CNT内封装纳米结构可以为LIB提供新的高性能纳米复合阳极材料的途径。
2020-03-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Topology Optimization for the Full-Cell Design of Porous Electrodes in Electrochemical Energy Storage Devices
本文提出基于密度的拓扑优化框架,设计多孔电极全电池,通过独立电势实现交叉指状结构,优化设计较传统电极能量存储最高提升750%。
2024-11-06 math.OC physics.app-ph
Electrochemical tuning of capacitive response of graphene oxide
现代社会日益增长的能源需求需要深入了解储能材料的特性及其性能调整。我们表明,氧化石墨烯(GO)的电容可以使用一个简单的电化学还原路线进行精确调谐。原位电阻测量,结合循环伏安法测量和拉曼光谱,已经表明,在还原GO是不可逆的脱氧,这是进一步伴随着结构有序化和电导率的增加。当氧官能团的浓度与电导率适当平衡时,电容最大化。任何进一步的还原和脱氧导致电容的逐渐损失。观察到的趋势是独立的制备途径和GO的确切的化学和结构性质。提出通过优化GO的还原条件,可以改善GO的电容性能。
2018-07-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modifying Electrochemical Doping in Light-Emitting Electrochemical Cells with Gold Nanoparticles
Umeå University(于默奥大学);University of Catania(卡塔尼亚大学);University of Fribourg(弗里堡大学)
本文报道通过在电极界面引入金纳米颗粒,可调控发光电化学电池中的电化学掺杂分布,从而改变发射区位置并影响器件效率。
2026-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Impedance Spectroscopy for Electroceramics and Electrochemical System
本综述介绍阻抗谱在电陶瓷与电化学系统中的理论、原理及应用,旨在帮助研究者理解并解析多晶材料及电化学系统的多种贡献机制。
2024-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Development of Novel Cathode Materials based on MWCNT for Energy Storage/Conversion Devices
采用溶胶-凝胶法制备了Li 2FexMn(1-x)SiO 4/MWCNT复合材料。在这项研究中,观察到改善的电化学性能,通过取代Fe取代Mn。进一步将多壁碳纳米管与制备的锂离子电池正极材料和超级电容器电极材料制备复合材料。各种表征技术,如:FESEM,EDX证实了材料的结构,形态和纹理。发现平均粒度为20-30 nm的量级。随着颗粒尺寸的减小,显示出更好的导电性/电化学性能,这被交流阻抗谱和循环伏安法结果所证实。
2018-07-14 physics.app-ph
Role of redox additive modified electrolytes in making Na-ion supercapacitors a competitive energy storage device
该研究表明了走向中空纳米结构以获得下一代超级电容器和电池的重要性。在各种钠基电极材料中,NaFePO4是最有前途的阴极材料之一,因为其高的电化学电势、结构和热稳定性。为了在高性能的基于Na离子的能量存储装置中使用这种材料,必须将其与适当优化的碳结构和氧化还原添加剂改性的电解质组合。这一战略在文件中明确确立。加入氧化还原助剂后,性能提高50%。这使得Na离子超级电容器与其他基于金属离子的系统竞争。性能提升高达50%。这使得Na离子超级电容器与其他基于金属离子的系统竞争。
2021-12-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Storing Energy in Biodegradable Electrochemical Supercapacitors
开发绿色和可生物降解的电子元件是克服与电子废物问题相关的日益严重的生态问题的主要研究前沿之一。同时,这种器件在生物医学应用中是非常理想的,例如集成生物电子学,其也需要生物相容性。仅用可生物降解的有机物质设计的用于储存电化学能量的超级电容器将考虑两个方面,即,它们在其使用寿命之后将是生态无害的,并且将是生物医学工程中应用的重要组成部分。通过分子动力学的原子模拟,我们提出了一种超级电容器,其电极完全由自组织肽形成,其电解质是一种绿色的氨基酸离子液体。我们的研究结果表明,这种超级电容器具有高潜力的能量存储与优越的性能比传统的超级电容器。特别是其储存能量的能力估计几乎是平面金属电极的模拟能力的20倍。
2018-06-14 physics.app-ph physics.atm-clus physics.chem-ph
Nanoscale molecular electrochemical supercapacitors
由于较短的沟道长度允许更快的离子/电荷移动,纳米级分子薄膜可以是用于下一代高性能能量存储器件的有吸引力的电子部件。然而,控制化学功能化和实现稳定的电极分子界面在纳米尺度上通过共价功能化的低电压操作,超快充电/放电仍然是一个挑战。在此,我们提出了一种简单、可控、可扩展、低成本和多功能的电化学接枝方法来调节从低成本EVEREADY电池(1.5美元,10个1.5 V电池)中提取的石墨棒(GR)的化学和电子性质。在ANT改性的GR(ANT/GR),总电容揭示了350倍的增强相比,未改性的GR测试与0.1 M H2SO 4电解质,确保恒电位和恒电流测量。这种电容的增强归因于双电层和法拉第电荷转移的贡献。由于蒽分子层具有更高的导电性,在电化学接枝过程中,蒽分子层比芘和萘分子膜具有更多的偶氮基团(-N=N-),这是提高电容的关键。超低负载纳米膜暴露高表面积,导致极高的能量密度。纳米级分子膜(~ 23 nm厚度)显示出在低电位下操作的优异的恒电流充放电循环稳定性(10,000)。电化学阻抗谱与DC测量一起进行,以揭示深度电荷存储性能。GR上的电化学接枝分子膜表现出优异的电容和电导率平衡,对二茂铁的高扩散系数,并且可以容易地在刚性到柔性电极上以良好的产率合成。
2023-03-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Quantitative investigation of the influence of electrode morphology in the electro-chemo-mechanical response of Li-ion batteries
在Li离子电池中,电化学势驱动在电解质和存储材料(通常为多孔电极的活性颗粒)之间的界面处发生的氧化还原反应,从而允许Li离子从电极嵌入/提取。该过程的限制因素不仅与电化学亲和力有关,而且与电极的形态等结构特征有关。在本说明中,相关的电极结构进行了研究数值,在电化学机械响应的电池单元与均匀的电极和传统的液体电解质。电极的合适设计引起电池效率的主要增加。
2021-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
One-step fabrication of flexible, cost/time effective and high energy storage graphene-based supercapacitor
微尺寸和平面内超级电容器的进步导致在便携式和可弯曲电子产品中产生可折叠的能量存储装置。微型超级电容器具有独特的电化学性能,如高功率密度、快速充电、长循环寿命和高安全性。在微型超级电容器的制造过程中,缩短时间和降低成本是微制造技术的重要因素。在这项工作中,一个简单的,可扩展的和具有成本效益的制造叉指还原氧化石墨烯@聚苯胺柔性微型超级电容器。我们发现,在PET衬底上的交叉指型微电极图案的制造中,通过激光照射,氧化石墨烯的还原和导电聚合物的生长在一个步骤中同时快速进行。在0.035mA/cm 2电流密度下,电容为72 mF/cm 2。这些高电容微型超级电容器表现出良好的稳定性,并且在0.7mA/cm 2电流密度下1000次循环后保持超过93.5%的电容。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Composition dependent electrochemical properties of earth-abundant ternary nitride anodes
对锂离子电池不断增长的能量存储需求需要探索新的电化学材料作为下一代电池电极材料。在这项工作中,我们研究了以前未开发的地球丰富的和可调的Zn 1-xSn 1 + xN 2(x = -0.4至x = 0.4)薄膜的电化学性能,这显示出高的导电性和高的重量锂插入容量。与先前公开的端元Zn 3 N2和Sn 3 N4相比,实现了增强的循环性能,显示出降低的不可逆损失和增加的总容量和循环稳定性。对于所有组合物,观察到的平均可逆容量为> 1050 mAh/g,并且对于贫Zn(x = 0.2)膜,观察到的平均可逆容量为1220 mAh/g。非常富锌的薄膜(x = -0.4)显示出改善的粘附性,然而,富锌薄膜在第一个周期进行相变。锌贫和化学计量的膜不表现出显着的相变,这往往困扰氮化物材料,并显示在0.5 V的平台没有必要的过电位。阳离子组合物X被探索作为调整相关的机械和电化学性能,如容量,过电位,相变,导电性和粘附性的机制。锂化/脱锂实验证实了可逆的电化学反应。在没有任何粘合添加剂的情况下,所沉积的电极分层,导致快速的容量退化。我们证明了这种降解的机械性质,通过减少电极变薄,导致电池具有改善的循环稳定性,由于增加的机械稳定性。结合组合物和电化学分析,这项工作首次证明了三元Zn 1-xSn 1 + xN 2的组合物依赖的电化学性能,并提出了地球丰富的三元氮化物阳极,以提高可逆容量和循环稳定性。
2022-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Interdigitated flexible supercapacitor using activated carbon synthesized from biomass for wearable energy storage
我们开发了一种具有高储能能力的柔性叉指型超级电容器,用于可穿戴的柔性电子应用。在高温下在惰性气氛下用KOH浸渍本地获得的低成本生物质(香蕉皮)以合成具有62.03m2/g的显著Brunauer Emmett Teller表面积的活性炭。超级电容器通过在薄的柔性PET基底上丝网印刷导电银油墨的叉指型集流体以及随后的活性炭沉积和凝胶电解质的滴铸来制造。制备的超级电容器在1 mV/s扫描速率下表现出33.18 mF/cm 2的高电容,在1 mA放电电流下表现出20.12 mF/cm 2的高电容,以及5.87 μ Wh/cm 2的高能量密度。开发的柔性超级电容器在机械弯曲和重复电子循环测试(5000次循环)的几个循环中保持其能量存储容量(90%)。本地可获得的基于生物质的活性炭和低成本丝网印刷技术可用于大规模制造超级电容器。柔性超级电容器通过多次弯曲和通过LED充放电来展示高储能能力和机械耐久性。因此,它可以用于进一步开发集成的可穿戴和印刷电子设备。
2019-03-06 physics.app-ph
Round-Robin Test of a Light-Emitting Electrochemical Cell: Establishing a Reference Protocol for Quality Research
Umeå University(于默奥大学);University of Cologne(科隆大学);Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology(瑞士联邦材料科技研究所);University of Applied Sciences Niederrhein Krefeld(下莱茵应用科学大学克雷菲尔德分校);Peking University(北京大学);Beijing Jiaotong University(北京交通大学);University of Valencia(瓦伦西亚大学);Nagoya University(名古屋大学);Technische Universität Dresden(德累斯顿工业大学);University of St Andrews(圣安德鲁斯大学)
本文提出并验证了一种发光电化学池(LEC)的参考协议,通过九家国际实验室的循环测试,证明该协议能可重复地获得良好器件性能,并识别常见陷阱以优化LEC研究。
2026-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Electrochemical control of ferroelectricity in hafnia-based ferroelectric devices using reversible oxygen migration
本研究通过混合离子-电子 LaSrMnO$_3$ 电极实现 HZO 中氧的可逆抽取与插入,从而电化学调控并修复铁电极化,为多位存储等硅基器件提供新途径。
2021-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Utilization of Strong Charge Transfer Efficiency at 2H-1T Phase Boundary of MoS2 for Superb High-Performance Charge Storage
过渡金属二硫属化物如MoS 2可以存在许多相,如半导体2 H和金属1 T相,其在能量和电催化应用中显示出有趣的性质。然而,2 H和1 T相通常在单层MoS 2片中相干分布,并伴随着普遍存在的异质相边界。在这项工作中,通过使用密度泛函理论和电化学测量,我们报告了MoS 2和石墨烯的2 H/1 T相边界之间的强电荷转移能力,这解释了272 F g-1和685 F cm-3的重量和体积电容的极好共存。作为概念验证应用,制造了基于MoS 2/石墨烯的柔性固态非对称超级电容器,显示出显著的能量和功率密度(46.3 mWh cm-3和3.013 Wcm-3)。我们的工作表明,通过工程相界和相变材料中的界面,提高电荷流动和能量存储的效率的承诺。
2019-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Degradation and SEI Evolution in Alloy Anodes Revealed by Correlative Liquid-Cell Electrochemistry and Cryogenic Microscopy
本研究通过关联液相电化学与冷冻显微镜,揭示了合金负极中SEI形成、锂保留及退化机制,为下一代电极材料提供了通用表征平台。
2025-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quadrupling the stored charge by extending the accessible density of states
纳米储能、能量收集和功能器件是集成自供电系统的三个关键组成部分。在这里,我们报告的纳米电化学器件与近三倍增强存储电荷的场效应下。我们证明了场效应晶体管不仅可以作为纳米器件中的功能组件,而且还可以作为纳米储能块的放大器。这种不寻常的能量储存增加归因于具有宽范围的可访问电子态密度(EDOS),因此氧化还原反应发生在纳米线内,而不限于表面。MoS2的初步结果表明,这种场效应调制的储能机制也可以应用于许多其他氧化还原活性材料。我们的工作展示了场效应在储能器件中的新应用,作为一种通用策略,可以改善离子扩散和活性材料的表面活性离子浓度,这可以大大提高纳米器件的电荷存储能力。场效应储能器件的制造工艺也与微技术兼容,可以集成到其他微器件和纳米器件中。
2021-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Energy storage in structural composites by introducing CNT fiber/polymer electrolyte interleaves
本工作提出了一种方法,以生产结构复合材料能够存储能量。它们是通过在碳纤维层片之间集成CNT纤维面纱和基于离子液体的聚合物电解质的薄夹层结构,然后灌注和固化环氧树脂来生产的。所得结构同时表现为双电层电容器和结构复合材料,具有60 GPa的弯曲模量和153 MPa的弯曲强度,结合88 mF/g的比电容和迄今为止报道的结构超级电容器的最高功率(30 W/kg)和能量(37.5 mWh/kg)密度。在4点弯曲过程中的原位电化学测量表明,电化学性能保留到断裂,在压缩应力下插入物的等效串联电阻的微小变化。在改善层间性能的过程中,我们生产了网格状的夹层,使刚性环氧树脂能够实现层间的机械互连。同步加速器3D X射线断层扫描分析所产生的分层结构证实了层间环氧树脂接头的形成。该手稿讨论了环氧树脂的封装作用,表现出的充放电测量的复合材料浸泡在水中,离子液体的有害剂。最后,我们展示了不含集流体和电绝缘体的不同架构,其中CNT纤维和CF都充当活性电极。
2018-10-01 physics.app-ph
Wettability and sp2/sp3 ratio effects on supercapacitor performance of N-doped hydrogenated amorphous Carbon Nanofoam
本研究通过真空退火调控 N 掺杂无定形碳纳米泡沫的润湿性与 sp2/sp3 比例,使其比电容提升约50倍,并结合原位拉曼-电化学测量解释了比电容随扫描速率增加的活化机制。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hybrid Polymer-Garnet Materials for All-Solid-State Energy Storage Devices
包含嵌入有石榴石颗粒的聚合物-离子盐基质的混合电解质材料构成了用于实现全固态电池的一类有前景的材料。除了为当前液体电解质固有的安全问题提供解决方案之外,混合聚合物电解质还提供优于其他固态电解质的优点。这是因为它们的功能特性,如离子导电性、电化学稳定性、机械和热特性,可以通过独立优化组成材料的特性来定制特定的应用。从而,提供了一种合理的方法来解决目前阻止固态电解质实际应用到电池装置中的瓶颈。这篇综述首先对固态电解质进行了调查,重点是它们的材料和离子传输限制。接下来,我们总结了目前对复合聚合物电解质(CPE)中传输机制的理解,目的是确定进一步改善其性能的材料解决方案。该综述的总体目标是促进对这些混合结构的研究兴趣,以快速推进未来全固态电池器件的开发。
2021-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Organic solvent boosts charge storage and charging dynamics of conductive MOF supercapacitors
该研究结合恒电势分子模拟、近理想 c-MOF 合成与多尺度建模,揭示有机溶剂通过疏离子效应和构建双通道离子输运路径,使 MOF-IL 超级电容器容量提升逾100%、充电速度提高约6倍。
2024-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Amorphous Mo-Ta oxide nanotubes for long-term stable Mo oxide based supercapacitors
随着便携式电器的大规模使用,出现了对越来越高密度的能量存储装置的高需求。原则上,MoO 3具有作为超级电容装置中的负电极材料的大电位,这是由于可以从其可逆氧化还原反应获得的高电荷密度。然而,MoO 3在水性电解质中的电化学稳定性极差,阻碍了其在高电容装置中的实际应用。在这项工作中,我们描述了如何克服这一严重的稳定性问题,形成非晶氧化钼/氧化钽纳米管阳极氧化的钼钽合金。临界量的Ta氧化物(> 20 at-%)的存在防止了MoO 3相的电化学衰减,从而产生极高的稳定性。由于钽氧化物提供的保护,在10000次充电/放电循环后没有电容损失。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrochemical Surface Modification of a 2D MoS2 Semiconductor
二维半导体材料如过渡金属二硫属化物(TMDC)的表面改性对于多种应用如生物传感、催化、能量产生和能量存储正变得重要。由于其基面的化学惰性,2D TMDC的表面改性主要限于其缺陷位点,或者它需要TMDC从其半导体相转化为金属相。在这项工作中,我们表明,2D半导体二硫化钼(MoS 2)的基面可以通过电化学接枝芳基重氮盐,如3,5-双(三氟甲基)重氮苯四氟硼酸盐进行修饰。为了研究这种方法的适用性,我们通过不同的电极分别寻址它们来对二硫化钼纳米带进行电接枝。该方法在纳米尺度上的高空间选择性为通过电极接触的相邻2D层和纳米结构的特定表面改性打开了可能性。该方法可能适用于在芳基重氮盐发生电化学还原的相同电位窗口中具有活性的其他2D半导体材料。
2020-06-25 physics.app-ph physics.chem-ph
Ethyl cellulose-based thermoreversible organogel photoresist for sedimentation-free volumetric additive manufacturing
液体光致抗蚀剂在基于光的增材制造(AM)领域中是丰富的。然而,在新兴的体积AM技术$-$中,由于较少的几何约束和较少的材料浪费,将无支撑的直接打印到材料的桶中通常是有益的,$-$在打印低粘度液体单体和多材料构造时由于部件漂移或沉降而可能是限制。以乙基纤维素(EC)为热塑性溶剂,制备了一种简单的三组分透明热可逆凝胶光刻胶,其熔点约为64 $°$ C。凝胶的物理交联网络导致对于10重量%的$\%$ EC凝胶光致抗蚀剂,储能模量在0.1 $-$ 10 kPa的范围内,最大屈服应力为2.7 kPa。非零屈服应力使得能够在低粘度单体中进行无沉积的层析成像体积图案化,而无需额外的硬件或设备的修改。另外,插入到打印容器中的物体可以悬浮在凝胶材料中,这使得能够在没有将物体连接到打印容器的锚的情况下叠印多材料设备。对于具有7重量%$\%$ EC的制剂,与纯单体相比,弯曲强度也提高了100%。
2022-11-08 physics.app-ph
Nanoparticle-enhanced Multifunctional Nanocarbons as Metal-ion Battery and Capacitor Anodes and Supercapacitor Electrodes -- Review
随着可再生能源成为满足全球需求的关键能源,电化学储能装置成为高效储能和可靠供电不可或缺的能源。电极材料是决定器件储能容量和功率输出的关键因素。碳基材料正在成为电极的可行候选材料,但其低能量密度阻碍了先进储能材料的发展。碳结构的纳米颗粒修饰是提高碳基电极电荷存储性能的最有前途和最容易实现的策略之一。通过金属、金属氧化物、氮化物、碳化物、磷化物、硫属化物和碳纳米颗粒组分的修饰导致原始和掺杂碳结构的结构和电子性质、孔细化、电荷储存和电荷转移动力学的显著增强,从而使它们的性能有望用于下一代能量储存装置。本文综述了纳米颗粒修饰的纳米碳在电池、超级电容器和金属离子电容器中的应用。对纳米颗粒修饰的纳米碳电极的元素组成、结构、相关的物理化学性质和性能关系进行了批判性分析,以告知下一代先进储能材料、设备和系统的未来发展。
2022-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Multifaceted thermal regulation in electrochemical batteries using cooling channels and foam-embedded phase change materials
本文提出并评估了一种结合水通道主动冷却和双熔点相变材料被动冷却的多方面热管理策略,用于棱柱形锂离子电池,数值结果表明该策略能显著降低最高温度并改善温度均匀性。
2024-07-21 physics.app-ph
Review of ultrasonic methods for monitoring, damage detection, and processing of lithium-ion batteries throughout their life-cycle
The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校);Chungnam National University(忠南国立大学);National Laboratory of the Rockies(落基山国家实验室)
本文综述了超声波检测方法在锂离子电池全生命周期中的应用,重点讨论了基于物理和数据驱动的建模方法,以建立电化学行为与弹性波物理之间的关联,并指出了当前挑战和未来研究方向。
2026-06-17 physics.app-ph
Operando Label-free Optical Imaging of Solution-Phase Ion Transport and Electrochemistry
研究通过改进干涉反射显微技术,实现了溶液中离子浓度梯度演化的原位无标记时空映射,可直接获取离子输运参数与扩散率,适用于探测广泛的电化学、生物电子和电生理系统。
2023-02-28 physics.app-ph physics.chem-ph
A scalable DG solver for the electroneutral Nernst-Planck equations
由于间歇性可再生能源和电化学技术(如储能和化学制造)之间的协同作用,流动电化学系统的稳健、可扩展模拟变得越来越重要。许多这样的应用程序的高Péclet制度,防止使用现成的离散化方法。本文对电中性Nernst-Planck方程提出了一种高阶间断Galerkin格式。所选择的电荷守恒公式允许对不同的物理特性进行特定的处理:对流和迁移的逆风,以及离子物种扩散的内部惩罚以及电势。同样,该公式使不同的处理预处理:AMG的潜在块和基于ILU的方法对流为主的浓度块。通过数值试验,我们评估了离散格式的收敛速度。两个预处理方法的强缩放结果显示为一个大型的3D流板反应器的例子。
2022-12-20 cs.NA math.NA physics.app-ph