材料科学前沿-先进介电储能材料(陈国华)
锂离子电池电极材料选择
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引言
从 1991 年 日 本 SONY 公 司 首 次 推 出 商 品 化 锂
正极材料中licoo2是目前应用最为广泛的锂在正负电极材料之脱离正极进入电解液通过隔膜向负极方向进入电解液穿过隔膜向正极方向迁移并离子电池正极材料1991年sony公司率先推出的第一种商品锂离子电池正极材料就是licoo1于其在电压稳定性可逆性充放电效率等方面具有优良性能再加上全球手机数码产品电动玩具等市场迅速发展licoo2一直保持着强劲的发展势头
Contents
1 2 3 3. 1 3. 2 3. 3 3. 4 Introduction Performance requirements of electrode materials for lithium ion battery Positive electrode matry LiFePO 4 Li 3 V 2 （ PO 4 ） 3 positive electrode material — — LiNi 0. 5 Mn 1. 5 O 4 5V Positive electrode material — Preparation of LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 by radiated polymer gel method
new electrode materials are urgently needed to meet the demands of the society. In this review ，some knowledge about lithium ion battery is first given. Then we focus on several new positive / negative electrode materials reported up to date. When they were used as lithium ion battery electrode materials ，how they are synthesized ，the main improvement methods and their electrochemical performance will be presented. Finally ，we give a short summary of the advantages / disadvantages of these new electrode materials. applications of lithium ion batteries in the future is proposed. Key words lithium ion battery ； new electrode materials ； high performance 4 4. 1 4. 2 4. 3 4. 4 4. 5 4. 6 5 Negative electrode materials of lithium ion battery VO x compounds Li 4 Ti 5 O 12 C / Si composite material α -Fe 2 O 3 thin film Fe 3 O 4 Li 3 V 2 （ PO 4 ） 3 negative electrode material Conclusions and outlook Furthermore ， an outlook for the potential
介电材料在储能系统中的应用
介电材料在储能系统中的应用介电材料是一类具有良好电介质性能的材料，具有较高的电容量和耐电场强度，广泛应用于储能系统中。
随着能源需求的增加和环境问题的日益严重，储能技术成为解决能源存储和分配的核心问题之一。
，为能源领域的发展带来了新的机遇和挑战。
首先，介电材料在超级电容器中的应用备受关注。
超级电容器作为一种新型的储能设备，具有高能量密度、快速充放电速度和长循环寿命等优点。
而介电材料作为超级电容器的重要组成部分，直接影响着超级电容器的性能。
通过优化介电材料的组成和结构，可以提高超级电容器的能量密度和充放电速度，进而推动超级电容器技术的发展。
其次，介电材料在电池中的应用也具有巨大的潜力。
随着电动汽车和可再生能源的普及，对电池的性能提出了更高的要求。
介电材料具有良好的化学稳定性和较高的电容量，可以作为电池的电解质或隔膜材料，提高电池的循环寿命和安全性。
同时，介电材料还可以用于电池的外部包覆材料，提高电池的机械强度和耐久性，从而延长电池的使用寿命。
此外，介电材料在电力系统中的应用也具有重要意义。
在电力系统中，介电材料常用于电力电容器和绝缘材料中，用于提高电力设备的绝缘性能和稳定性。
电力电容器是电力系统中重要的功率电子元件，通过合理选用介电材料，可以提高电容器的能量储存效率和抗干扰性能，保障电力系统的稳定运行。
而绝缘材料则是电力系统中避免电器设备发生击穿故障的关键材料，选用优质的介电材料可以提高电器设备的绝缘强度和安全性。
让我们总结一下本文的重点，我们可以发现，介电材料在储能系统中的应用有助于提高储能设备的性能和安全性，推动储能技术的发展。
未来，随着对能源存储技术的不断研究和改进，介电材料在储能系统中的应用将会更加广泛和深入，为实现可持续发展和能源安全做出更大的贡献。
介电材料的研究与应用将成为能源领域的一项重要任务，值得进一步深入探讨和研究。
石墨烯材料及石墨烯基超级电容器
重 点 专 项 中将 石 墨 烯 立 项 并 批 准 了 两 个 石 墨 烯 相 关 的 重
郑双好， 博 士研究生 ； 吴忠帅 ， 研究员 ； 包信 和， 研究 员，中国科学 院院士：中国科学 院大 连化 学物理研究所 ， 大连 ｌ １ ６ ０ ２ ３ 。
Ｚｈ ｅ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｕａ ｎ ｇ ｈａ ｏ ， Ｄｏ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｌ Ｃａ ｎ ｄ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ；Ｗ ｕ Ｚｈ ｏ ｎ ｇｓ ｈ ｕａ ｉ ， Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐ ｒ ｏｆ ｅｓ ｓ ｏｒ ；Ｂａ ｏ Ｘｉ ｎ ｈｅ ，Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐ ｒ ｏ ｆ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ，Ｍ ｅ ｍｂｅ ｒ ｏｆ ＣＡＳ：Ｄａ ｌ ｉ ａ ｎ Ｉ ｎｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏｆ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｐ ｈ ｙｓ ｉ ｃ ｓ ，Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｃ ａ ｄｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｄａ ｌ ｉ ａ ｎ
建 若 干 石 墨 烯 产 业 链 和 建 立 一 批 产业 集 聚 区， 越 来 越 多 的石 墨 烯 产 品 将 陆 续 在 市场 中 流 通 。
究 方 向 之一 。 中 国 对 石 墨 烯 的研 究 亦 非 常 活 跃 ， 已形成 政 府、 科 研机 构和企 业协 同创新 的产学研 合作 对接 机制， 极 大 地
点 专 项 ：石 墨 烯 宏 观 体 材 料 的宏 量 可 控 制 备及 其 在 光 电 等 方 面Байду номын сангаас的 应 用 研究， 纳 米 碳 材 料 产 业 化 关 键 技 术 及 重 大 科 学 前 沿 。 所 有 这 些 举 措 都
温 条 件 下 真 实 存 在 的 一 种 最 薄 的材 料 。 世 界 各 国均 高 度 重 视 开 展 石 墨 烯 的基 础 研 究 并 积
用于均相FRET检测的纳米稀土荧光生物标记材料的研制项目通过评审
在 国家 ９ ３项 目、国家 自然科 学 ７ 基金委重大研究计划 、中科 院 “ 引进 海
外 杰 出 人 才 ” 百 人 计 划 等 项 目的 支 持
下， 由合肥物质科 学研 究院智能所刘 锦 淮研 究员和 黄行 九研究 员领 导的课 题
组 首 次 制 备 了 具 有 蛋 形 水 母 状 的
土 荧光生物 标记材 料 的制备 、表面修
饰 、 物 偶 联 、 谱 性 质 以及 生ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 应 用 生 光
将原本三 维 （ Ｄ）或二维 （Ｄ）无序 ３ ２ 的导 电聚合物 结构降 为一 维 （ Ｄ）有 １
检测等方面 的研究 ， 取得 了系列创新性
研究成果 ： （ ） 制 了一 类 新 颖 的稀 土 发 光 Ｉ研 纳米材料 ， 巧妙 地 将 时 间分 辨 技 术 和 荧
具 有 简 单 器 件 工 艺 的 高 性 能 双 侧 栅 晶
体 、 比优化聚合环境 ， 功实现 了吡 参 成 咯 单体在 含纳米 孔 的金 属有机 框架 中 的高度有序聚合 。 该 小组在世界上 率先使用含有 仅
ｌｍ 大 小 一 维 孔 道 的金 属 有 机 框 架 为 ｎ
用 水 中，只 要微量 浓度 即产生 毒性 效
读者 服 务 卡 编 号 ０ ２ １ ２ １ －
件、 纳米传感器 、分子机器 等器件 中获
得应用 。
读者服务卡编 号 ０３ ２ 口
ｙＡＩ Ｏ 勃姆石） ｉ ／ｅＯ４ － Ｏ Ｈ（ ＠ＳＯ２ ３ 空心 磁 Ｆ
性 微 球 ，能 够 高 效 地 去 除水 中 的 Ｐ ２、 ｂ＋
ｃｕ２ 、 Ｈｇ２ ＋ ＋
元研究员主持完成 。 审委 员会 一致认 评
为 ， 项 目研 究 处 于 国 际前 沿 领 域 ， 该 项
储能界的一颗新星——M Xene材料
他 们发 现利 用氢 氟酸 ，可 以将 一 系列 化 合 物 转 变 为二 维 材 料 ， 如
Ｔ ｉ ２ Ａ １ Ｃ 、Ｔ ａ ｌ Ｃ ３ 、（ Ｔ ｉ ｎ ５ Ｎ ｂ ０ ５ ） ２ Ａ １ Ｃ、
扩散 ，这 对柔性 储 能应 用非 常关 键。 与 聚合物 相 比， 碳 纳米 管也 可
Ｍ Ｘ ｅ ｎ ｅ ｓ的 历 史 非 常 短 暂 。
２ ０ １ １ 年， 美 国德雷 赛 尔 大学 的材 料学 教 授 Ｙ ｕ ｒ ｙ Ｇ ｏ ｇ ｏ ｔ ｓ ｉ 和 Ｍｉ ｃ ｈ ｅ ｌ
Ｗ．Ｂ ａ ｒ ｓ ｏ ｕ ｍ 在 锂 离 子 电 池 阳 极
具有 导 电性 、 亲水性 ， 并且 在 水 中 高度 稳定 。 在其他 的研 究成果 中 ，
但是 该研 究小 组得 到 的结果
远 远超过 他们 原先 的设 想 。研究
单层 原子 薄片结 构 的稳定 性等 性
能 ，可满 足高性 能 电池制 备材 料 的要 求 。
人 员惊 讶地 发现 ， 氢 氟 酸将 Ａ ｌ 层
超 级 电容 器 电极类 似 ，在 １ ０ ０ ０ ０
同的 主题 —— 简单 的制 备方 法 和
不 断增 加 的 ＭＸ ｅ ｎ ｅ ｓ 产品。 在 该 领 域 的早 期 研 究 中 ， 分 离 出 的 ＭＸ ｅ ｎ ｅ板 为 纳 米 尺 度 的
体结 构 ，其 中 ， Ｍ 为前过 渡金 属 ， Ａ象征 Ａ ｌ 和ｓ ｉ 等 主族元 素 ， ｘ表
（ Ｖ ｎ ５ Ｃ ｒ ｎ ５ ） ３ Ａ １ Ｃ ２ 和Ｔ ｉ ３ Ａ １ Ｃ Ｎ等 。 类 似研 究 在全 球 迅 速 蔓 延 ， Ｇ ｏ ｇ ｏ ｔ ｓ ｉ 认 为 这 要 部 分 归 功 于 石
先进储能材料的制备及其在能源存储中的应用
先进储能材料的制备及其在能源存储中的应用随着人们对能源需求的不断增长，能源存储已成为当今科学技术研究的重要方向之一。
储能材料作为其中重要的组成部分，其性能对能源储存技术的发展起着至关重要的作用。
本文将着眼于先进储能材料的制备及其在能源存储中的应用，以期为该领域的研究提供一定的参考和借鉴。
一、先进储能材料的制备1. 石墨烯石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维薄膜材料，具有良好的储能特性。
其制备方法主要有化学气相沉积法、机械剥离法、化学还原法等。
其中，化学还原法制备的石墨烯最为成熟，可大规模制备，具有较高的储能性能和导电性能，有望广泛应用于能源存储领域。
2. 金属有机框架材料（MOF）MOF是一类由有机配体和金属离子组成的晶体材料，具有高度可调性和储能特性优良的特点。
其制备方法主要有溶剂热法、气相沉积法等。
MOF对可逆氢储存、电化学储能等具有广泛的应用前景。
3. 硫化锂硫化锂是一种具有高能量密度和长循环寿命的储能材料，在锂离子电池中得到广泛应用。
其制备方法主要有机械球磨法、氢化反应法等。
其中机械球磨法制备的硫化锂具有较高的反应活性和循环稳定性，是一种较为成熟的制备方法。
二、先进储能材料在能源存储中的应用1. 锂离子电池锂离子电池是一种高效能、长存储期和低自放电的电池，其应用广泛。
将制备好的硫化锂选作正极材料，可大幅提高锂离子电池的能量密度和使用寿命。
此外，石墨烯也被应用于锂离子电池的负极材料中，可明显提高电池的充放电速度和循环性能。
2. 超级电容器超级电容器是一种高功率、长循环寿命和充电速度快的电池，其主要应用于领域需要大功率瞬间释放的场合。
MOF可作为超级电容器的电解质，在能量密度和功率密度方面均有极大提升。
石墨烯和硫化锂则被应用于超级电容器的电极材料中，可进一步增强电容器的性能。
3. 燃料电池燃料电池是一种将燃料与氧气进行反应产生电能的电化学装置，是一种清洁而高效的能源转换系统。
MOF可用作燃料电池的催化剂，以提高燃料电池的能量效率和稳定性。
国内外材料领域的牛人
国内外材料领域的牛人在材料领域中，存在许多具有突出才能和成就的牛人，他们在国内外材料研究、应用和创新方面做出了重要贡献。
以下是一些值得介绍的牛人。
1. 郭永泉（Yongquan Guo）教授：郭教授是国际著名的材料科学家和教育家。
他在陶瓷材料和固体氧化物燃料电池领域做出了杰出贡献。
郭教授是固体氧化物燃料电池的先驱，他发展了多种新型材料和技术，为固体氧化物燃料电池的实际应用铺平了道路。
2. Jean-Pierre Colinge：Colinge教授是国际上知名的半导体材料专家和科学家。
他在精确刻蚀技术、半导体器件和纳米材料方面做出了重要贡献。
Colinge教授是深受尊敬的科学家，他的研究对于半导体材料的发展和应用具有重要意义。
3. 朝永振一郎（Shin'ichirō Tomonaga）：朝永振一郎是日本著名的物理学家，他是量子场论和量子电动力学领域的先驱。
他在理论物理和材料科学研究方面做出了突出贡献，特别是在量子物理学和凝聚态物理学方面。
4. Michael Graetzel：Graetzel教授是瑞士知名的化学家和材料科学家。
他是新型太阳能电池，染料敏化太阳能电池（DSSC）的发明者，这种电池以其高效能和低成本而受到广泛关注。
Graetzel教授的贡献在于提出了染料敏化太阳能电池的概念并发展出高效的电池材料。
5. 王阳明（Yung-Ming Wang）教授：王教授是美国工程院院士，他在材料科学和工程领域的研究和创新方面具有卓越贡献。
他的研究主要集中在复合材料、超导材料和纳米材料等方面，王教授的研究成果对于材料科学的理论和应用具有重要影响。
这只是一小部分材料领域的牛人，还有许多其他值得关注的材料科学家和工程师。
这些牛人的杰出成就对于材料领域的发展和应用产生了巨大影响，他们的研究和创新成果将继续推动材料科学的进步。
功能高分子学报 聚合物介电储能
《功能高分子学报：聚合物介电储能》1. 概述功能高分子学报是一本致力于介绍新颖、高质量聚合物材料在储能领域的最新研究成果的期刊。
近年来，聚合物介电储能作为一种新兴的能源储存方式备受关注。
本文将从深度和广度两个方面来探讨聚合物介电储能的相关内容。
2. 什么是聚合物介电储能？在功能高分子学报中，聚合物介电储能被定义为一种利用聚合物材料作为介电储能材料的技术。
聚合物材料具有高介电常数和低损耗角正切，能够在电场作用下储存和释放能量。
这种新型储能技术可以应用于电力电子、微型电子器件、柔性电子、智能穿戴设备等领域，具有广阔的应用前景。
3. 聚合物介电储能的深度分析从深度上来看，聚合物介电储能需要从材料、结构和性能三个方面进行深入研究。
3.1 聚合物材料的选择在功能高分子学报中，对于聚合物介电储能来说，材料的选择至关重要。
目前研究者们广泛关注的聚合物材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。
这些聚合物材料具有高介电常数和良好的介电性能，能够满足储能设备对高能量密度和高功率密度的要求。
3.2 结构设计和工艺优化除了聚合物材料的选择，结构设计和工艺优化也是聚合物介电储能研究的关键。
通过纳米填料改性、界面工程、复合材料结构设计等手段，可以优化聚合物介电储能材料的介电性能和循环稳定性，从而提升储能设备的性能。
3.3 性能评价和表征在功能高分子学报中，对于聚合物介电储能材料的性能评价和表征也是研究的重点之一。
通过介电强度、介电损耗、介质常数等参数的测试和分析，可以全面评估材料的储能性能，为下一步研究和应用提供参考。
4. 聚合物介电储能的广度探讨从广度上来看，聚合物介电储能涉及到多个领域的交叉，包括材料科学、化学工程、电子学、能源科学等。
在功能高分子学报中，聚合物介电储能的研究还需要与其他领域展开深入的合作和探讨。
4.1 与电子学的交叉聚合物介电储能作为一种新型储能技术，与电子学领域有着紧密的通联。
柔性电子器件、可穿戴设备、智能电网等领域都需要高性能的储能材料，聚合物介电储能正是满足这一需求的候选材料。
CoNi2S4上电沉积NiS用于柔性固态非对称超级电容器
收稿日期：2020⁃07⁃23。
收修改稿日期：2020⁃11⁃09。
国家重点研发项目(No.2018YFB2001204)资助。
＊通信联系人。
E⁃mail ：*******************，**********************.cn第37卷第1期2021年1月Vol.37No.1171⁃179无机化学学报CHINESE JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRYCoNi 2S 4上电沉积NiS 用于柔性固态非对称超级电容器何业增＊,1赵后强1柳朋1隋艳伟1委福祥1戚继球1孟庆坤1任耀剑1庄栋栋＊,2(1中国矿业大学材料与物理学院，徐州221116)(2江苏大学材料科学与工程学院，镇江212013)摘要：采用一种在CoNi 2S 4上电沉积NiS 的有效方法来改善钴/镍硫化物的性能。
CoNi 2S 4@NiS 电极材料在1A·g -1时比电容达到1433F·g -1，并具有很好的倍率性能。
CoNi 2S 4@NiS 和还原氧化石墨烯组装成的柔性固态非对称超级电容器的能量密度在功率密度为800W·kg -1时达到36.6Wh·kg -1，并且在10000次充放电后表现出良好的循环性能，循环保持率达87.8%。
关键词：电化学；超级电容器；设计合成；CoNi 2S 4；NiS ；电沉积；固态中图分类号：O614.81+3；O614.81+2文献标识码：A文章编号：1001⁃4861(2021)01⁃0171⁃09DOI ：10.11862/CJIC.2021.011Electrodeposition of NiS on CoNi 2S 4for Flexible Solid⁃State Asymmetric SupercapacitorsHE Ye⁃Zeng ＊,1ZHAO Hou⁃Qiang 1LIU Peng 1SUI Yan⁃Wei 1WEI Fu⁃Xiang 1QI Ji⁃Qiu 1MENG Qing⁃Kun 1REN Yao⁃Jian 1ZHUANG Dong⁃Dong ＊,2(1School of Materials and Physics,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China )(2School of Material Science and Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang,Jiangsu 212013,China )Abstract:An effective approach of depositing NiS on CoNi 2S 4was adopted to improve the performance of bimetalliccobalt/nickel⁃sulfide.The as⁃obtained CoNi 2S 4@NiS had an excellent specific capacitance of 1433F·g -1at 1A·g -1and shows a superior rate performance of 69.6%at 10A·g -1.A flexible solid ⁃state asymmetric supercapacitorassembled with CoNi 2S 4@NiS and the reduced graphene oxide showed a high energy density of 36.6Wh·kg -1at a power density of 800W·kg -1and had a fantastic cycle performance of 78.7%retention after 10000cycles,indicat⁃ing that the CoNi 2S 4@NiS nanocomposite is a promising electrode material for energy storage devices.Keywords:electrochemistry;supercapacitor;synthesis design;CoNi 2S 4;NiS;electrodeposition;solid⁃state0IntroductionWith the development of science and technology,the increasing demands of high efficiency energy stor⁃age units in modern electronics are becoming more salient [1⁃4].In the last few years,the supercapacitor hasbecome one of the promising effective and practical energy storage devices for its high power density,goodcycle stability and fast charging rate [5⁃7].The perfor⁃mance and application of supercapacitors are mainly determined by the electrode materials.Therefore,improving the performance of the electrode materials has become a hotspot in the field of energy storage [8⁃9].Transition metal sulfide,a new type of electrodematerial,has been extensively researched due to its su⁃perior electrochemical performance [10⁃12].Among all sul⁃无机化学学报第37卷fides,CoNi2S4has received increasing attention be⁃cause of the synergistic effect of nickel sulfide and co⁃baltous sulfide[13⁃16].Compared with the oxidation prod⁃ucts(CoNi2O4),the extension of chemical bonds inCoNi2S4is beneficial to form a more flexible structureand makes it easier for ion transport[17⁃20].However,therapid decay of specific capacitance during the charge⁃discharge cycles restricts the further application inenergy storage[21⁃24].To overcome this shortcoming,de⁃veloping composite materials has been proven to be themost efficient way and has been widely used in thepreparation of the electrode materials[25⁃26].It has beenreported that the hierarchical CoNi2S4@CC nanowire issuccessfully designed and synthesized by the hydro⁃thermal process,which shows excellent specific capaci⁃tance(1872F·g-1at1A·g-1),fantastic rate capabilityand superior cycling stability when utilized as the elec⁃trode material of supercapacitors[27].Furthermore,Co0.85Se@CoNi2S4/GF(graphene foam)nanotubes,applied to the electrode material of supercapacitors,are successfully prepared by a concise one⁃step electro⁃chemical method,which have excellent interface effectand hollow structure and show outstanding specificcapacitance of5.25F·cm-2at1mA·cm-2,remarkablecharge storage capacity and superior rate perfor⁃mance[28].In this work,CoNi2S4@NiS nanocomposites weresuccessfully synthesized by combining the hydrother⁃mal and electrodeposition methods.The synthesizedCoNi2S4@NiS electrode showed an excellent perfor⁃mance of1433F·g-1at1A·g-1,which is superior tothe CoNi2S4and NiS electrodes.Moreover,a flexiblesolid⁃state asymmetric supercapacitor CoNi2S4@NiS//rGO was assembled by CoNi2S4@NiS and reduced gra⁃phene oxide(rGO),which exhibits an outstanding elec⁃trochemical performance and has promising potentialfor application in supercapacitors.1Experimental1.1Synthesis of CoNi2S4on carbon fiber cloth(CoNi2S4@CC)The carbon fiber cloth(CC,1.0cm×2.0cm)was ultrasonically cleaned with0.5mol·L-1KMnO4for30min individually and then was washed with ethanol and deionized water for several times and desiccated in a vacuum oven at70℃for12h.The CoNi2S4was pre⁃pared by a hydrothermal reaction.0.291g Co(NO3)2·6H2O,0.237g NiCl2·6H2O,0.060g CO(NH2)2and 0.300g thioacetamide(TAA)were used as sources, respectively.Under the continuous magnetic stirring for30min,the above reagents were immersed in30 mL deionized water to get a uniform solution.Subse⁃quently,the uniform solution was transferred into50 mL Teflon⁃lined autoclave and the treated CC was immersed into the solution,then the autoclave was heated at180℃for24h.The final product was ultra⁃sonically rinsed with deionized water and ethanol, respectively.After dried at70℃for12h,the product was denoted as CoNi2S4@CC.1.2Synthesis of CoNi2S4@NiSThe NiS was synthesized by facile and effective three⁃electrode system electrodeposition.2.376g NiCl2·6H2O and7.612g CH4N2S were mixed in100 mL deionized water and stirred for30min to obtain a homogenous solution.Then,the electrodeposition pro⁃cess was conducted for5min at an invariable voltage of0.9V,while the CoNi2S4@CC was served as the work electrode.After that,the samples were washed with eth⁃anol and deionized water separately,and the products were dried in a vacuum environment at70℃.For com⁃parison,the pure NiS without CoNi2S4was also synthe⁃sized on the CC under the same procedure.1.3CharacterizationThe crystalline and structural of the synthesized samples were examined by X⁃ray diffraction(XRD) using Bruker D8Advance diffractometer with Cu Kαradiation(0.154nm)at40kV and30mA,and at a scan rate of6(°)·min-1in the2θrange from10°to80°. The microstructure of the samples was investigated using scanning microscopy(SEM)at5kV,transmis⁃sion electron microscopy(TEM)with an accelerating voltage of200kV,high⁃resolution transmission elec⁃tron microscopy(HRTEM)and selected area electron diffraction(SAED).X⁃ray photoelectron spectroscopy (XPS,1486.7eV)was used to observe the elemental analysis and chemical valence state of the lased irradi⁃172第1期ated samples.1.4Electrochemical measurementsThe electrochemical performance of the samplewas measured on an electrochemical workstation(CHI660E).Cyclic voltammetry (CV),galvanostaticcharge/discharge (GCD)and electrochemical imped⁃ance spectroscopy (EIS)were conducted as the mainpaths to exhibit the electrochemical behaviors.The electrochemical test was proceeded in a three⁃electro configuration in 2mol·L -1KOH electrolyte and the positive and the negative electrode were the as⁃sample and the Pt,the Hg/HgO serve as the reference elec⁃trode,respectively.The specific capacitance can be calculated from the GCD curves by the following equa⁃tion (1):C A =I Δtm ΔV(1)Where I (A)represents discharge current,m (g)repre⁃sents the accurate weight of the active material,Δt (s)represents the discharge time,and ΔV represents the potential window,respectively.1.5Fabrication and electrochemical measure⁃ments of asymmetric supercapacitorThe all⁃solid⁃state asymmetric hybrid supercapac⁃itor (ASC)device was assembled by using the CoNi 2S 4@CC as the positive electrode and rGO as the negativeelectrode,while the PVA⁃KOH gel (PVA=polyvinyl al⁃cohol)performed as the electrolyte.The positive andnegative electrode were dissolved in the PVA⁃KOH gel solution,then two electrodes were combined at roomtemperature and dry until the electrolyte is completely cured,and the solid⁃state supercapacitor was prepared.So as to obtain an ASC with excellent electrochemical properties,it is required to balance the relationship (q +=q -)of the two electrodes charge.As the stored charge of the electrode,the q can be calculated by theequation (2):q =Cm ΔV(2)where C (F·g -1)represents the specific capacitance,m(g)is the mass of the active material and ΔV (V)is the potential window.Meanwhile,the ideal mass ratio canbe calculated by the equation (3):m +m -=C -ΔV -C +ΔV +(3)Where,C +(F·g -1)and C -(F·g -1)represent the specificcapacitance of CoNi 2S 4@NiS and rGO electrode.ΔV +(V)and ΔV -(V)represent the voltage range of CoNi 2S 4@NiS and rGO electrode,respectively.The power den⁃sity (P ,W·kg -1)and the energy density (E ,Wh·kg -1)of CoNi 2S 4@NiS//rGO ASC device can be calculated bythe equations (4,5):E =12C (ΔV )2(4)P =E Δt(5)Where Δt (s)is the discharge time,ΔV (V)is the volt⁃age range and C (F·g -1)is the specific capacitance ofCoNi 2S 4@NiS//rGO ASC device.2Result and discussions2.1Structural and morphological characteriza⁃tionThe XRD patterns of NiS,CoNi 2S 4@CC and CoNi 2S 4@NiS composite are illustrated in Fig.1.TheXRD pattern of the NiS had the same diffraction peakswith the CoNi 2S 4@NiS at 2θ=30.31°,34.77°,46.08°and 53.58°,which can be attributed to the (100),(101),(102)and (110)planes of the NiS (PDF No.75⁃0613).The patterns of the CoNi 2S 4@CC and CoNi 2S 4@NiSshow the same peaks at 2θ=16.28°,26.82°,31.52°,38.30°,47.33°,50.29°and 55.22°,which are indexed to the (111),(220),(311),(400),(422),(511)and (440)planes of the CoNi 2S 4(PDF No.24⁃0334),respectively.In addition,the XRD patterns of the threesamples Fig.1XRD patterns of the NiS,CoNi 2S 4@CC and CoNi 2S 4@NiS何业增等：CoNi 2S 4上电沉积NiS 用于柔性固态非对称超级电容器173无机化学学报第37卷exhibited the extra diffraction peak at2θ=26°,which can be contributed to the carbon fiber cloth substrate (PDF No.26⁃1080).Moreover,there were no other im⁃purity peaks on the patterns,indicating that the suc⁃cessful synthesis of CoNi2S4@NiS on the carbon fiber cloth.The surface element analysis and chemical valence state of the CoNi2S4@NiS sample were further confirmed by XPS as plotted in Fig.2.Fig.2a exhibited the survey spectrum and revealed the presence of Ni, Co,S and C elements in the multiple materials.The Co2p XPS spectrum of the CoNi2S4@NiS is shown in Fig.2b.The peaks situated at779.78and795.15eV are attributed to the Co2p3/2and Co2p1/2levels of Co2+. The peaks situated at778.55and793.33eV reveal the Co2p3/2and Co2p1/2levels of Co3+.It proves that the coexistence of Co2+and Co3+in the CoNi2S4@NiS composite[29].The Ni2p spectrum is shown in Fig.2c, the diffraction peaks situated at853.45and872.38eV are attributed to Ni2+and the peak at856.16and 876.21eV are related to Ni3+[30].The S2p spectrum is displayed in Fig.2d,the diffraction peaks located at 162.98and161.68eV can be assigned to S2p1/2and S2p3/2[18].Moreover,the peak at169.13eV indicates that the existence of S⁃O[31].The morphology of NiS,CoNi2S4/CC and CoNi2S4 @NiS electrode materials can be observed in SEM im⁃ages(Fig.3).As exhibited in Fig.3a and3b,the Co⁃Ni2S4@CC presented a hexagonal flaky cubic structure and were tightly attached to the CC.Fig.3c and3d ex⁃hibit the morphology of the NiS,which presented a granular structure with a size of about50~200nm. These cross⁃linked nanoparticles would provide a high⁃er electrode/electrolyte active sites for reaction and a shorter ion diffusion way[32⁃33].The microstructure of the CoNi2S4@NiS is shown in Fig.3e and3f,the NiS nanoparticles were anchored onto the surface of Co⁃Ni2S4@NiS and form a dense film.The unique structure provides a large specific surface area,which enhance the active sites and would effectively enhance the spe⁃cific capacitance of composite materials.To better understand the chemical compositeand Fig.2(a)XPS survey spectrum of CoNi2S4@NiS;(b~d)XPS spectra of Co2p,Ni2p and S2p174第1期detailed structures of the synthesized CoNi2S4@NiS, HRTEM and element mapping analyses were conduct⁃ed.The HRTEM images of the CoNi2S4@NiS are shown in Fig.4a and4b.The interplanar spacing can be mea⁃sured to be0.20and0.28nm,which can be ascribe to the(102)lattice plane of NiS and(311)lattice plane of CoNi2S4,respectively.The consequences are match with the XRD and XPS tests.Fig.4c and4f displays the elemental mappings of the Co,Ni,Co/Ni and S in the CoNi2S4@NiS samples.The distribution area of the Ni element was slightly larger than the Co element.The Ni and Co element coexisted in the central regionof Fig.3SEM images of(a,b)CoNi2S4@CC,(c,d)NiS and(e,f)CoNi2S4@NiSFig.4(a,b)TEM images of CoNi2S4@NiS;(c~f)Element mappings of the Co,Ni,Co/Ni and S何业增等：CoNi2S4上电沉积NiS用于柔性固态非对称超级电容器175无机化学学报第37卷the sample,while in the outside of the sample there is only Ni element left.In consideration of that CoNi2S4 contained Ni and Co element while NiS had no Co ele⁃ment,it can be deduced that the outer layer of the com⁃posite is NiS which wraps the inner CoNi2S4.2.2Electrochemical performanceThe electrochemical performance of CoNi2S4@CC, NiS,and CoNi2S4@NiS electrodes were tested on a three ⁃electrode configuration with2mol·L-1KOH electro⁃lyte.Fig.5a shows the CV curves for CoNi2S4@CC,NiS, and CoNi2S4@NiS electrodes measured at a scan rate of 10mV·s-1.The CoNi2S4@NiS exhibited superior specif⁃ic capacitance and the redox peaks can be regard as the symbol of Faradaic feature.The improvement of the specific capacitance of the CoNi2S4@NiS is mainly con⁃tributed to the fact that the elements in the two sub⁃stances have multiple valence states,which can carry out the redox reaction more effectively[34].The CV curves of CoNi2S4@NiS electrode at different scan rates from10to50mV·s-1are shown in Fig.5b.The trend of the CV curves was basically maintained with the scan rate increasing,indicating the CoNi2S4@NiS electrode possess ideal pseudocapacitance characteristic and superior rate performance.The large deviation of the shape in large scan rate can be explained by the mis⁃match between charge transfer and diffusion.It can be observed that the cathode peak moved to a lower poten⁃tial,and meanwhile,the anode peak moved to ahigherFig.5Electrochemical performance of CoNi2S4,NiS and CoNi2S4@NiS:(a)CV curves of the CoNi2S4,NiS and CoNi2S4@NiS samples at a scan rate of10mV·s-1;(b)CV curves of the CoNi2S4@NiS sample at various scan rates;(c)GCD curvesof the CoNi2S4CC,NiS and CoNi2S4@NiS samples at a current density of1A·g-1;(d)GCD curves of the CoNi2S4@NiSat various current densities;(e)Comparison of specific capacitance;(f)EIS Nyquist plots of the CoNi2S4,NiS andCoNi2S4@NiS samples176第1期potential when the scan rate continued to increase, which can be explained by the polarization in different scan rates[35].As displayed in Fig.5c,the GCD curves of CoNi2S4@CC,NiS,and CoNi2S4@NiS electrode were measured at a current density of1A·g-1to confirm the advantage of the CoNi2S4@NiS.The discharge time of CoNi2S4@NiS was larger than NiS and CoNi2S4@CC, suggesting the composite structure is conducive to en⁃hance the specific paring to the NiS (1245F·g-1at1A·g-1)and CoNi2S4/CC(1165F·g-1 at1A·g-1),CoNi2S4@NiS(1433F·g-1at1A·g-1)ex⁃hibited higher specific capacitances.Fig.5d illustrates the GCD curves of CoNi2S4@NiS at different current densities to further investigate charge and discharge mechanism.It can be found that the curves show an apparent voltage platform,which is characteristic of typical pseudocapacitor behavior.The result can sup⁃plement the above conclusion.Moreover,the nonlinear curves of the GCD maintained the similarity and sym⁃metry indicating the good stability.The specific capaci⁃tances of NiS,CoNi2S4@CC and CoNi2S4@NiS calculat⁃ed are illustrated in Fig.5e.The specific capacitances of CoNi2S4@NiS were1433,1284,1248,1170,1073 and998F·g-1at1,2,3,5,8and10A·g-1,which possess better rate stability compared with the NiS and CoNi2S4@CC.The electrode cannot fully participate in the reaction when the current density increases,and the utilization rate of the electrochemically active mate⁃rial is insufficient,so the specific capacitance will decrease at a higher current density.As is shown in Fig.5f,the EIS curve of CoNi2S4@CC,NiS,and CoNi2S4 @NiS were fitted using the equivalent circuit model, where CPE is the constant phase angle original and Z W is the Warburg resistance.The equivalent series resis⁃tance(R s)value of NiS,CoNi2S4@CC and CoNi2S4@NiS were1.12,1.56and1.01Ω,indicating that the CoNi2S4 @CC electrode had the lowest internal impedance. Moreover,the value of charge transfer resistance(R ct) can be fitted to be0.25,1.62and0.56Ωfor the NiS, CoNi2S4@CC and CoNi2S4@NiS,suggesting that the CoNi2S4@CC electrode had much large R ct than that of the NiS and CoNi2S4@NiS electrode.Besides,the slope of the samples was greater than45°in the low frequen⁃cy region,indicating the ions and electrolyte are effec⁃tively diffused in the entire system,resulting in a re⁃duction in the diffusion resistance of the NiS,Co⁃Ni2S4@CC and CoNi2S4@NiS electrodes[36].A flexible solid⁃state asymmetric supercapacitor (ASC)device(CoNi2S4@NiS//rGO)was assembled to confirm the energy storage properties for practical ap⁃plication.Fig.6a is the CV curves of the CoNi2S4@NiS and rGO electrode under the three⁃electrode configura⁃tion at the scan rate of10mV·s-1.Obviously,the poten⁃tial windows of the positive and negative electrode were connected,indicating that the loss of potential is nonexistent.The CV curves of CoNi2S4@NiS//rGO at different scan rates(10~100mV·s-1)are displayed in Fig.6b.Significantly,the curves maintained the similar trend with the scan rate increase,and the polarization phenomenon was minimal even at the scan rate of100 mV·s-1,suggesting the device has excellent electro⁃chemical reversibility.Fig.6c exhibits the GCD curves of CoNi2S4@NiS//rGO at different current densities, which possessed good symmetry and had no obvious electrochemical reaction platform.Fig.6d exhibits an excellent specific capacitance of the CoNi2S4@NiS// rGO ASC(103.43F·g-1at1A·g-1and maintained 61.25F·g-1at10A·g-1),revealing excellent rate capa⁃bility.The EIS of the CoNi2S4@NiS//rGO ASC device is shown in Fig.6e.In the high⁃frequency region,the R s and R ct can be calculated to be1.019and4.89Ω.Fur⁃thermore,cycling performance is also a significant indi⁃cator to evaluate the practical application of superca⁃pacitor electrode materials.Fig.6f exhibits a superior cycle performance,which maintained78.7%after 10000cycles at10A·g-1.The superiority of specific capacitance and capacitance retention may be contrib⁃uted to the special nanostructure.The unique structure can provide large space for reaction between electrode and electrolyte by large interface which may supply more active sites.The energy and power density calculated to evalu⁃ated the properties of the CoNi2S4@NiS//rGO ASC device.Fig.7exhibits the Ragone plot of the CoNi2S4 @NiS//rGO ASC.The CoNi2S4@NiS//rGO ASC device exhibited a high energy density of36.6Wh·kg-1at800何业增等：CoNi2S4上电沉积NiS用于柔性固态非对称超级电容器177无机化学学报第37卷W·kg -1and the energy density maintained 21.7Wh·kg -1even at 8000W·kg -1.The CoNi 2S 4@NiS//rGOASC device have an advantage over some other report⁃ed devices,such as CoNi 2S 4//YS⁃CS (yolk⁃shell carbonspheres)(35Wh·kg -1at 640W·kg -1),Ni 3S 2/MWCNT(multiwalled carbon nanotube)⁃NC//AC (19.8Wh·kg -1at 798W·kg -1),NiCo 2S 4//rGO (16.6Wh·kg -1at 2348W·kg -1)and NiS/rGO//AC (18.7Wh·kg -1at 1240W·kg -1)[37⁃40].3ConclusionsIn conclusion,the CoNi 2S 4@NiS was successfullysynthesized by combining the hydrothermal and elec⁃trodeposition methods.The as⁃obtained samples exhib⁃ited an excellent specific capacitance (1433F·g -1at 1A·g -1)and superior rate performance (998F·g -1at 10A·g -1).The flexible solid⁃state asymmetricsupercapac⁃Fig.7Ragone plot of the ASC deviceFig.6Electrochemical measurements of the resultant CoNi 2S 4@NiS//rGO:(a)CV curves of the resultant CoNi 2S 4@NiSand rGO at 10mV·s -1;(b)CV curves of the device at different current densities;(c)GCD curves of the ASC device;(d)Specific capacitance at various current densities;(e)EIS Nyquist plots of the device;(f)Cycling performance ofthe device at 10A·g -1for 10000cycles178第1期itor assembled with CoNi2S4as the positive electrode and the reduced rGO as the negative electrode showed superior energy density of36.6Wh·kg-1at a power density of800W·kg-1,remarkable rate performance, and excellent cycle performance(78.7%at a high current density of10A·g-1after10000cycles).The results indicate that the CoNi2S4@NiS would be a prom⁃ising electrode material for the flexible solid⁃state asymmetric supercapacitors.References:[1]Zhang N,Li Y F,Xu J Y,Li J J,Wei B,Ding Y,Arnorim I,Thomas R,Thalluri S M,Liu Y Y,Yu G H,Liu L F.ACS Nano,2019,13(9): 10612⁃10621[2]Hou B H,Wang Y Y,Guo J Z,Zhang Y,Ning Q L,Yang Y,Li W H, Zhang J P,Wang X L,Wu X L.ACS Appl.Mater.Interfaces,2018,10 (4):3581⁃3589[3]Liu D H,Li W H,Zheng Y P,Cui Z,Yan X,Liu D S,Wang J W, Zhang Y,Lu H Y,Bai F Y,Guo J Z,Wu X L.Adv.Mater.,2018,30 (21):1706317[4]Wang B,Cheng Y F,Su H,Cheng M,Li Y,Geng H B,Dai Z F.ChemSusChem,2020,13(16):4078⁃4085[5]Sun L M,Wang X H,Wang Y R,Xiao D Y,Cai W F,Jing Y,Wang Y R,Hu F J,Zhang Q.Front.Chem.,2019,7:512[6]Wang R,Wang Q R,Yao M J,Chen K N,Wang X Y,Liu L L,Niu Z Q,Chen J.Rare Met.,2018,37(6):536⁃542[7]Wan L,Hu S Y,Liu J X,Chen D Q,Liu S S,Xiao R,Zhang Y,Chen J,Du C,Xie M J.Ionics,2020,26(5):2549⁃2561[8]Trowbridge A,Walton S M,Gaunt M 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功能高分子学报 聚合物介电储能
功能高分子学报聚合物介电储能功能高分子学报聚合物介电储能一、介绍功能高分子学报聚合物介电储能是近年来备受关注的一个研究领域。
在当今社会，能源储存和利用一直是一个备受关注的问题，而聚合物介电材料因其良好的电学性能和机械性能，成为研究人员关注的焦点之一。
在本文中，我们将深入探讨功能高分子学报聚合物介电储能的相关概念、关键技术及其发展趋势。
二、功能高分子学报聚合物介电储能的概念聚合物介电材料是一种能够在电场作用下发生极化现象的聚合物材料。
它拥有良好的介电性能，能够在外加电场下储存电能，并可用于电容器、储能器、传感器等领域。
三、聚合物介电储能的关键技术1. 材料设计与合成：功能高分子学报聚合物介电储能的研究需要合成具有优异介电性能的聚合物材料。
材料设计与合成是该领域的关键技术之一。
2. 结构与性能表征：通过对聚合物介电材料的结构与性能进行表征，可以深入了解其介电性能和电学行为，为进一步提高聚合物介电储能性能提供理论基础。
3. 提高介电性能的方法：针对聚合物介电材料的电学性能，研究人员提出了多种提高介电性能的方法，如填充剂改性、界面工程、复合材料等。
四、功能高分子学报聚合物介电储能的发展趋势随着科学技术的不断发展，功能高分子学报聚合物介电储能将会朝着更高性能、更稳定的方向发展。
研究人员还将力求降低成本、提高生产工艺等方面进行突破，推动聚合物介电储能技术在实际应用中的推广和应用。
五、个人观点和总结在我看来，功能高分子学报聚合物介电储能是一个颇具挑战性但又充满潜力的研究领域。
通过不断深入研究和创新，我们有望在能源储存和利用方面取得重大突破，为社会发展做出更大的贡献。
功能高分子学报聚合物介电储能是一个备受关注的研究领域，涉及材料设计与合成、结构与性能表征、提高介电性能的方法等关键技术。
未来，该领域将朝着更高性能、更稳定、更低成本的方向发展。
希望通过我们的不懈努力，功能高分子学报聚合物介电储能的研究能够取得更大的突破，为社会进步和可持续发展做出更大的贡献。
纳米石墨基导电复合涂料的电磁屏蔽性能
纳米石墨基导电复合涂料的电磁屏蔽性能作者：汪桃生， 吴大军， 吴翠玲， 陈国华， WANG Tao-sheng， WU Da-jun， WU Cui-ling，CHEN Guo-hua作者单位：华侨大学,材料科学与工程学院,福建,泉州,362021刊名：华侨大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF HUAQIAO UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)年，卷(期)：2007,28(3)被引用次数：6次1.邓安平;桂恒清;陈世山导电涂料性能的研究 1999(z1)2.严冰;邓剑如;吴淑清炭黑/聚氨酯泡沫导电复合材料的开发[期刊论文]-化工新型材料 2002(09)3.刘际伟;高晓敏;刘金城导电石墨/丙烯酸的电磁屏蔽涂料的研制 1998(10)4.CARROLL D L;CZERW R;WEBSTER S Polymer-nanotube composites for transparent,conducting thin films[外文期刊] 2005(03)5.AZIM S S;SATHEESH A;RAMU K K Studies on graphite based conductive paint coatings[外文期刊]2005(01)6.CHEN Guo-hua;WENG Wen-gui;WU Da-jun Nonlinear conduction in nylon-6/foliated graphite nanocomposites above the percolation threshold[外文期刊] 2004(1)7.CHEN Guo-hua;WU Da-jun;WENG Wen-gui Dispersion of graphite nanosheets in a polymer matrix and the conducting property of the nanocomposites[外文期刊] 2001(12)8.CHEN Guo-hua;WENG Wen-gui;WU Da-jun Preparation and characterization of graphite nanosheets from ultrasonic powdering technique[外文期刊] 2002(04)9.吴翠玲;翁文桂;陈国华膨胀石墨的多层次结构[期刊论文]-华侨大学学报(自然科学版) 2003(02)10.YASMIN A;LUO Jyi-jiin;DANIEL I M Processing of expanded graphite reinforced polymer nanocomposites 200611.LUO Xiang-cheng;CHUNG D D L Electromagnetic interference shielding using continuous carbon-fiber carbon-matrix and polymer-matrix composites[外文期刊] 1999(03)12.WU Jun-hua;CHUNG D D L Increasing the electromagnetic interference shielding effectiveness of carbon fiber polymer-matrix composite by using activated carbon fibers[外文期刊] 2002(03)13.YANG Shu-ying;KAREN L;AZALIA L Electromagnetic interference shielding effectiveness of carbon nanofiber/LCP composites[外文期刊] 200514.赖祖武电磁屏蔽的理论基础 199315.HAIM C;SHABTAY S;MONICA H An iterative method for calculating the shielding effectiveness and light transmittance of multilayered media[外文期刊] 1993(04)1.陈国华.吴翠玲.吴大军.翁文桂.黄双喜.林善旭聚甲基丙烯酸甲酯/石墨薄片纳米复合及其导电性能研究[期刊论文]-高分子学报2003(5)2.翁建新.吴大军.陈国华.Weng Jianxin.Wu Dajun.Chen Guohua环氧树脂/石墨微片复合导电材料的导电性[期刊论文]-华侨大学学报（自然科学版）2004,25(4)1.曲宝龙.李旭东.李俊琛碳填充型电磁屏蔽复合材料进展[期刊论文]-甘肃科技 2010(13)2.张庆之.杜运波.周佳奇.陈瑞峰.邵先亦水性电磁屏蔽涂料研究进展[期刊论文]-台州学院学报 2011(6)3.魏宁.沈勇.张惠芳.王黎明电磁屏蔽织物的发展现状及研究方向[期刊论文]-上海纺织科技 2010(2)4.武俐明.苏勋家.侯根良.贾海鹏炭系导电涂料的研究进展[期刊论文]-热固性树脂 2008(5)5.赵初明.谭业发.何龙.李宏伟.郝胜强纳米颗粒改性功能涂料的研究进展[期刊论文]-装备制造技术 2011(12)6.孙贵磊纳米石墨的制备方法及机理与应用研究进展[期刊论文]-材料开发与应用 2011(4)本文链接：/Periodical_hqdxxb200703015.aspx。
第一性原理研究Mg掺杂对LiCoO_(2)正极材料结构稳定性及其电子结构的影响
Eform = E (doped) − E (LiCoO2)
∑
∑
− E (Mgdoped) + E (host) , (1)
其中 Eform 表示形成能, E (doped)为掺杂 Mg 后体 系 的 总 能 量 , E (LiCoO2)为 纯 LiCoO2 的 总 能 量 , E (Mgdoped)为掺杂的 Mg 原子的能量, E (host)为被 替代的原子的能量.
关键词：LiCoO2, 形成能, 电子结构, 第一性原理 PACS：82.47.Aa, 71.15.Mb, 71.20.–b, 71.30.+h
DOI: 10.7498/70.20210064
1 引 言
近年来, 随着电动汽车、智能电子设备等领域 的快速发展, 作为主要动力来源的锂离子电池成为 众多科研人员的研究热点. 锂离子电池正极材料是 制约电池能量密度的关键因素, 开发高电压、高容 量的正极材料对于提升电池能量密度至关重要. 在 众多正极材料中, 作为商业化最早的锂离子电池正 极材料 LiCoO2 因具有工作电压高、比容量高、循
环性能好等优点至今仍受到人们的广泛关注 [1,2]. LiCoO2 的结构属于空间群为 R¯3m 的菱面体
(a-NaFeO2 型层状结构), 其中 Li 原子在 3a 位置, Co 原子和 O 原子分别在 3b 和 6c 位上. LiCoO2 具有 274 mAh/g 的理论比容量, 但是实际使用时 的充电截止电压为 4.2 V, 充电脱锂过程仅有 50% 的锂离子脱出. 通过增加充电截止电压可以脱出更 多的锂离子从而增加 LiCoO2 容量, 例如当充电截 止电压为 4.5 V 时, 将有高达 68% 的锂离子脱出. 然而, 当电压增加时, LiCoO2 的晶体结构变得不
镀银玻璃微珠硅橡胶导电复合材料逾渗值的研究
张继阳等镀银玻璃微珠／硅橡胶导电复合材料逾渗值的研究１２３镀银玻璃微珠／硅橡胶导电复合材料逾渗值的研究张继阳ｋ２。
邹华２。
田明２。
沈玲２。
张立群２．瞿雄伟¨（１．河北工业大学材料学院高分子工程与科学研究所，天津３００１３０；２．北京化工大学北京市新型高分子材料制备与成型加工重点实验室北京１０００２９）摘要：研究了镀银玻璃微珠／硅橡胶导电复合材料的力学性能和导电性能．结果发现，随着镀银玻璃微珠用量的增加，橡胶复合材料的力学性能逐渐劣化，体积电阻率逐步下降。
在填料体积分数为３８．８％时由绝缘体转变为导体，具有明显的逾渗现象。
随填料体积分数增大到４６％左右时，体积电阻率呈现又一个微弱的拐点。
导电复合材料逾渗现象的存在与材料内部导电网络的形成密切相关，本文对其进行了初步探讨。
关键词：导电；逾渗值；硅橡胶；镀银玻璃微珠逾渗现象（Ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ）普遍存在于粒子填充型聚合物复合材料中，是指当填充粒子达到一定的浓度时，体系的某种物理性质发生突变的行为‘¨。
最常用的导电填料是导电炭黑和乙炔炭黑［２一］，国内外对其填充橡胶复合材料的结构、性能及导电机理进行了深入的研究，但其不能制备体积电阻率低于１１２．ａｍ的高导电橡胶。
对其他非炭黑体系导电复合材料的研究则较少报道，有文献Ｈ３报道选用银粉作为导电填料，可获得体积电阻率为１０＿４Ｑ・ｃｍ的导电胶。
本文以成本相对较低的镀银玻璃微珠为研究对象，研究了不同体积分数填料填充硅橡胶的力学性能和导电性能，并对该体系的逾渗现象及导电机理进行了初步探讨。
１实验部分１．１原材料甲基乙烯基硅橡胶，１１０—２，北京化工二厂产品；气相法白炭黑，沈阳化工厂；硅烷偶联剂，北京化学试剂公司；过氧化物双一２，５，江苏强盛化工厂；三烯丙基异氛尿酸酯（ＴＡＩＣ），湖南浏阳化工厂产品；镀银玻璃微珠，采用欧美克激光粒度分析仪ＬＳ—ＰＯＰ（ＩＩＩ）做粒径分析Ｄ１０：１２．２６ｐｍ，作者简介：张继阳（１９７２一），女，硕士研究生。
复合材料在超级电容器电极材料中的应用
Xu Bo1, Jin Linghua2
（1.Zhuzhou Times New Material Co., Ltd., Zhuzhou 412007; 2.School of Chemistry and Chemical Engineering, University of South China, Hengyang 421001）
数字电位器调节特性和调节灵敏度测量仪
灵敏度曲线． 图，数字电流
表
的
内阻小到可以忽略其对电路的影响（相当于短路），
那么流过负载 Ｒ 的电流为
Ｅ
Ｅ
Ｉ＝
＝
ＲＨＷ ＋Ｒ Ｒ０ －ＲＷＬ ＋Ｒ
（４）
图 ２ 分压电路图
低
电
式 压
（１ 端
）Ｒ中Ｌ 之，Ｒ间Ｗ
Ｌ的表电示阻数，字令
电
Ｕ
位
ｍａｘ
器的滑动端 Ｒ ＝ Ｅ，引进参数
与Ｗ
ｘ＝
ＲＷＬ，ｘ 为滑动端 特Ｒ０征系数，则有
２第０１３９８年卷７第月７ 期
大 学 物 理
ＣＯＬＬＥＧＥ ＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．７ Ｊｕｌｙ ２０１９
数字电位器调节特性和调节灵敏度测量仪
李震春，许积文 ，陈国华
（桂林电子科技大学 材料科学与工程学院，广西 桂林 ） ５４１００４
摘要：本文针对传统电位器调节特性和调节灵敏度测量装置的缺点，对其进行了数字化设计与改进．在原有实验仪器的基
（ ） 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： Ｏ ４４１．１
Ａ
１０００ ０７１２ ２０１９ ０７ ００３１ ０５
【 】 ＤＯＩ １０．１６８５４ ／ ｊ．ｃｎｋｉ．１０００ ０７１２．１９０００４
电位器（又称变阻器）的制流、制压特性广泛运 用于调光、调速、调音等工业生产领域［１］，另外电位 器本身是一个很好的位置传感器［２］，负载不同时其 调节灵敏度曲线也不相同． 电位器调节特性和调节 灵敏度实验是高校工科物理实验常开设的一个经典 实验［３７］． 传统的电位器调节特性和调节灵敏度实 验装置中，由于采用的机械式电位器配套标尺与电 阻丝有效长度不匹配，滑动片与电阻丝线圈的接触 面较大且常常出现接触不良，导致电位器的滑动端 位置读数误差较大，测出的调节特性曲线和调节灵 敏度曲线误差较大，尤其是调节灵敏度曲线与理论 曲线相比出现严重失真，这也是很多高校没让学生 测定电位器调节灵敏度的原因． 文献 提 ［５］ 出用电阻 箱来代替电位器，这种办法理论上应能解决电位器 滑动端位置精确可控的问题，但由于电阻箱阻值不 同时，其精度不同，使得等效滑动端位置读数也存在 很大的误差，而且实验操作过程非常繁琐．
先进介电储能材料
通过陈国华老师的讲座使我知道了铁电材料的特殊电学性能意味着它广阔的应用前景，其电子元件有着集成度高、能耗小、响应速度快等众多优点。
储能用铁电介质材料是铁电材料中重要的一类，可以用作脉冲功率技术设备主体部分的高功率脉冲电源，为脉冲功率装置的负载提供电磁能量。
脉冲功率技术的能量储存方式，主要有机械能储能、电容器储能、电化学储能三种。
相对于其它储能器件，电容器储能因为具有储能密度高、能量释放速度快、可靠性高、安全性高、价格低廉以及较易实现轻量化和小型化等优点，因此成为现在高功率脉冲电源中应用最广的储能器件之一。
目前正在研发的储能用铁电介质材料主要有以下几种：基陶瓷。
以BaTiO3陶瓷为代表的铁电体具有较高的介电常数，是制造铁电陶瓷电容器的基础材料，也是目前国内外应用最广泛的电子陶瓷材料之一。
在介电层厚度确定的情况下，材料的介电常数越高，电容器的比电容越大，越易于实现器件的小型化。
基陶瓷。
SrTiO3基陶瓷具有高介电常数，低介电损耗和稳定的温度、频率和电压特性，是用于制备大容量陶瓷晶界层电容器的理想材料，具有吸收高达1000～3000 A/cm2这样的电涌的能力，所以该材料兼有大容量电容器和压敏电阻器的功能。
在SrTiO3-m ( Bi2O3·nTiO2)系陶瓷基础上加入BaTiO3等烧制而成的新型材料，具有介电常数大，介质损耗小，击穿场强高的特点。
陶瓷。
TiO2陶瓷具有高达350 kV/cm的耐击穿强度和较高介电常数(～110)，从而具有可观的储能密度，并支持几百次的充放电。
问题：1.先进的储能材料有哪些2.电容器储能与电池储能的优缺点各是什么3.反铁电材料的储能原理是什么1/ 1。
材料科学前沿-先进介电储能材料(陈国华)
C4
14.4
17.6
32
36
2
Structural characterization(XRD)
850℃/3h
Only one crystalline phase(Sr0.5Ba0.5Nb 2O6) for CeO2 from 0.5 to 2mol%
Secondary phase SrNb2O6
Structural characterization(XRD)
900
(b)
7.2
6.7
6.8
6.9
850℃ /3 h 7.0
ln(E)
7.1
800 0.0 0.5 1.0 1.5 Addition of CeO2(mol%) 2.0
-1
1.5mol% kV/cm
1000
Energy storage properties
P A D
700C 750C 800C 850C
0.06 0.05
tan
0.04 0.03 0.02 0.01 0.00
0.0
0.5 1.0 1.5 CeO2 addition（ mol%)
2.0
Dielectric breakdown strength (DBS)
(a)
0mol% =kV/cm Weibull 0.5mol% 0 kV/cm
(2013).：30 m-thick Pb0.97La0.02(Zr0.97Ti0.03）O3 antiferroelectric films added with PbO B2O3-SiO2-ZnO glass ①添加3wt%玻璃厚膜样品 Jreco=3.1 J/cm3 ， E=581 kV/cm ② 未掺杂玻璃的厚膜样品 Jreco=1.4 J/cm3
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900
(b)
7.2
6.7
6.8
6.9
850℃ /3 h 7.0
ln(E)
7.1
800 0.0 0.5 1.0 1.5 Addition of CeO2(mol%) 2.0
Байду номын сангаас
-1
1.5mol% kV/cm
1000
Energy storage properties
P A D
Polarzation(C/cm 2)
0mol% 0.5mol% 1mol% 1.5 mol% 2 mol%
8 6 4 2 0 0
-4 -6 -8 -600 -400 -200 0 200 400 Electric field (kV/cm) 600
Polarzation(C/cm 2)
-2
0mol% 0.5mol% 1mol% 1.5mol% 2 mol%
(2013).：30 m-thick Pb0.97La0.02(Zr0.97Ti0.03）O3 antiferroelectric films added with PbO B2O3-SiO2-ZnO glass ①添加3wt%玻璃厚膜样品 Jreco=3.1 J/cm3 ， E=581 kV/cm ② 未掺杂玻璃的厚膜样品 Jreco=1.4 J/cm3
All samples: η ≥ 68%
600
100
200 300 400 500 Electric field(kV/cm)
Thank you
for your attention
Jreco（绿色)
Jstore(绿+红面积）
电容器的储能效率（η）
Energy-storage efficiency
线性电介质
具有高储能密度的条件
① High electric breakdown field (高介电击穿强度) ② Large saturated polarization (大的饱和极化) ③ Small remnant polarization (小的剩 余极化)
材料科学前沿专题
先进介电储能材料 Advanced dielectric energy-storage materials
陈国华 桂林电子科技大学 2015.07.04
背景（全球环境污染、气候变化）
能源问题????
呼唤清洁能源
清洁能源代替化石燃料
钠离子电池 丰田氢燃料电池 薄膜脉冲储能电容
太阳能电池充电
1
1200
plots
1100
1mol%
kV/cm
ln(-ln(1-i/(n+1)))
850℃ /3h
BDS(kV/cm)
-2
2mol% kV/cm
3
2
1
CeO2 =0.5mol% Jcmax=2.74J/cm3
0 100 200 300 400 500 600
Electric field(kV/cm)
Energy storage properties
Discharged energy storage density (Jd)
2.0
Disharged energy density(J/cm )
3
1.5
0 mol% 0.5mol% 1 mol% 1.5mol% 2 mol%
1.0
CeO2 =0.5mol % Jd max=1.95J/cm3
100 200 300 400 Electric field(kV/cm) 500 600
0.5
0.0
Energy storage properties
200 400 Electric field (kV/cm)
600
Energy storage properties
Charged energy storage density (Jc)
3
Charged energy density(J/cm )
0 mol% 0.5mol% 1 mol% 1.5mol% 2 mol%
Composition of SrO–BaO–Nb2O5–B2O3–CeO2 system glasses
Symbol
C0 C1 C2 C3
SrO
14.4 14.4 14.4 14.4
BaO
17.6 17.6 17.6 17.6
Nb2O5
32 32 32 32
B2O3
36 36 36 36
CeO2
0 0.5 1 1.5
传统的介电电容器： 主要是由介电聚合物和介电陶瓷制造而
成。一般能量密度为0.01-0.1W.h/kg（＜
2J/cm3） 电化学超级电容器： ①具有适中的能量密度，但功率密度仍无
法满足超高功率密度的电子器件或系统，
如电子枪、定向能量武器、激励器等。 ②常常具有复杂的物理结构，非常小的操 作电压（3.0V）、高的漏电流（低的能量 效率）、有限的循环寿命（105）。这些
700C 750C 800C 850C
0.06 0.05
tan
0.04 0.03 0.02 0.01 0.00
0.0
0.5 1.0 1.5 CeO2 addition（ mol%)
2.0
Dielectric breakdown strength (DBS)
(a)
0mol% =kV/cm Weibull 0.5mol% 0 kV/cm
Jd
Discharged energy density : Jd = SABD Unreleased energy density: Ju = SOBDC Charged energy density : Jc = SAOCD
Ju
B O C
E
Energy storage properties
8 6 4 2 0
典型铁电体 顺电体 （线性电介质）
反铁电体
弛豫铁电体
理想的具有高储能密度的材料体系
Relaxor ferroelectrics （弛豫铁电体）and
antiferroelectrics （反铁电体）are more likely to be used for high energy storage because of their larger saturated polarization, smaller remnant polarization and moderate breakdown field. With development of new manufacturing processes of materials，another two kinds of materials, glass-ceramic（微 晶玻璃或玻璃陶瓷） and polymer-based ferroelectrics（聚 合物基铁电体）, are also be found to have the potential for application in this area, which combine with the higher breakdown field of linear dielectric and larger polarization of ferroelectrics.
C4
14.4
17.6
32
36
2
Structural characterization(XRD)
850℃/3h
Only one crystalline phase(Sr0.5Ba0.5Nb 2O6) for CeO2 from 0.5 to 2mol%
Secondary phase SrNb2O6
Structural characterization(XRD)
Microstructural analysis(SEM) 850℃/3h
0mol%CeO2 0.5 mol%CeO2
1mol%CeO2
1.5 mol%CeO2
2 mol%CeO2
Dielectric properties
175 150
Dielectric constant
125 100 75 50 25 0
Unreleased energy storage density :Ju=Jc-Jd
Unreleased energy density (J/cm )
0.8
0mol% 0.5mol% 1mol% 1.5mol% 2mol%
3
0.6
0.4
CeO2 =0.5mol % Ju max=0.78J/cm3
锂离子电池
高储能密度介电电容器应用
高能量密度介电电容器 可以替代电解电容器和 聚合物基电容器。最为 重要的例子是应用到混 合电动汽车、脉冲激光 武器、枪炮、船舰。在 整流器或逆变器有重要 应用： 高能量 小型化 长寿命
激素
可植入 的医疗 装置
（通过电击使心脏恢复正常跳动的）除颤器
按照能量储存时间长短，储存电能的装置一般分为短期和长 期两类。
缺点限制了在先进脉冲功率系统中的应用。
如果介电电容器的能量密度能提高到电化学超级电容器的水平， 将会大大扩展在脉冲功率系统中的应用。并能使电子、电器系统 微型化、轻量化和集成化。
介质电容器的储能原理
介质电容器的储能原理
介质电容器的储能密度（J）测试方法一：静态法
场效应管
介质电容器的储能密度（J）测试方法二：动态法
电池储能特点： 1. 长期 2. 高能量密度 (10-300W.h/kg), 低功率密度(≤ 500 W/kg) （电荷输运慢引起） 3. 主要用于长期稳定的能源供应。 电容器储能特点： 1. 短期 2. 高功率密度 (101 ～ 106 W/kg：电化学超级电容器； 108 W/kg：介电电容器）;小的能量密度(≤ 30 W.h/kg) 3. 主要用于脉冲电压或电流的供应。