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3D打印NiCoP/MXene复合电极材料:构建高面积/体积能量密度储能器件

作者:admin发布时间:2020-10-11分类:产业动态浏览:8评论:0


导读:原题目:三维打印NiCoP/MXene复合型电极原材料:搭建高总面积/容积能量密度储能技术器件三维打印在光电催化储能技术行业早已获得普遍的...
原题目:三维打印NiCoP/MXene复合型电极原材料:搭建高总面积/容积能量密度储能技术器件

三维打印在光电催化储能技术行业早已获得普遍的运用。一般状况下,具备出色导电率的质轻碳材料变成科学研究的网络热点。殊不知因为碳基器件相对性较低的总面积和容积能量密度,巨大地限定了其在具体中的运用范畴。对称性型超级电容器具备高的功率和安全性可靠性,可是它的工作标准电压较低阻拦了其能量密度的充分发挥。

3D打印NiCoP/MXene复合电极材料:构建高面积/体积能量密度储能器件

三维 Printing of NiCoP/Ti3C2 MXene Architectures for Energy Storage Devices with High Areal and Volumetric Energy Density

Lianghao Yu, Weiping Li, Chaohui Wei, Qifeng Yang, Yuanlong Shao, Jingyu Sun*

Nano‑Micro Lett.(2020)12:143

https://doi.org/10.1007/s40820-020-00483-5

文中闪光点

1. 运用三维打印结构薄厚和承载量可调式可控性的电极构造。

2. 全打印的NiCoP/MXene//AC非对称加密超级电容器全充电电池最后获得总面积和容积能量密度各自为0.89 mWh cm−2和2.2 mWh cm−3。

内容概述

浙江越秀外国语学院电力能源学校、浙江越秀外国语学院——北京市石墨烯材料研究所科技成果转化管理中心的孙靖宇专家教授研究组,选用湿式有机化学及热磷化处理流程,融合三维打印构建非对称加密超级电容器,这为制取高总面积/容积能量密度器件出示新的方式。

该工作中可控性生成了NiCoP/MXene (NCPM)高分子材料,根据三维打印构建薄厚及负荷可调式的电极,设计方案制取了NCPM-CNT//AC-CNT的非对称加密超级电容器,评定了其总面积及容积能量密度,得到以下结果:(1)高分子材料对比于独立MXene和NCP具备更强的光电催化特性;(2)CNT做为黑墨水的调粘原材料,不但能够保持电极构造的框架,还能够出示优良的导电性互联网;(3)三维打印的非对称加密超级电容器构造最后可完成高的总面积和容积能量密度。

展开全文

文图前言

I NCPM复合型电极的制取及打印器件的制取

NCPM的设计方案是根据湿式有机化学和原点磷化处理流程获得,如图所示1a所显示,磷化处理流程及其与MXene的融合能够合理处理耐磨钢管氢氧化镍导电率差的难题,推动电化学腐蚀的动力学模型全过程。进一步对黑墨水的外部经济外貌开展剖析,能够发觉特异性原材料与CNT可以不错地交错在一起,从而合理构建导电性互联网(如图所示1b,c所显示)。三维打印能够根据操纵打印电极的叠加层数,从而制取不一样薄厚的电极(图1d)。

3D打印NiCoP/MXene复合电极材料:构建高面积/体积能量密度储能器件

图1. (a) NCPM原材料的生成及三维打印平面图。(b, c) NCPM/CNT黑墨水的外部经济外貌。(d) 三维打印设计方案薄厚可调式的试品。在其中图d中的比例尺精度各自为8 mm。

II 高分子材料的外貌定性分析

图2调查了NCPM的外貌及结构类型。从高辨别TEM能够发觉(图2d),同一地区存有NCP和MXene二种的晶格常数花纹,说明NCPM高分子材料的取得成功制取。为了更好地进一步定性分析生成的NCPM的分子结构和成分,开展了XRD和XPS剖析,如图所示3g-i所显示。XRD的数据信息说明高分子材料关键存有NCP的数据信号;XPS的数据信息关键说明NCP和Ti3C2中间存有相互影响。

3D打印NiCoP/MXene复合电极材料:构建高面积/体积能量密度储能器件

图2. (a-c) NCPM的SEM及TEM图。(d) NCPM的HRTEM图。(e, f) NCPM的STEM和相匹配地区的原素Mapping。(g) NC, NCM和NCPM三种原材料相匹配的XRD图普。(h, i) NCPM的Ni 2p和Co 2p各自相匹配的XPS谱图。

III 三维打印黑墨水的流变性特点剖析

在开展三维打印前,大家必须剖析和定性分析黑墨水的流变性特点,分辨其是不是考虑打印的规定。如图所示3d-f所显示,萃取后的CNT与CNT/NCPM黑墨水二者在全部裁切工作压力范畴内都具备裁切变稀的非牛顿流体特点。根据调节打印的速率,能够得到 不一样总宽的电极、可调式承载量的器件,如图所示3c所显示。进一步对低温干燥后的电极横断面和表层构造开展观查,发觉打印后的电极具备丰富多彩的孔洞构造,这有益于锂电池电解液的渗入和正离子的传送(图4g-i)。

3D打印NiCoP/MXene复合电极材料:构建高面积/体积能量密度储能器件

图3. (a, b) 三维打印机器设备和打印电极的实体图。(c) 不一样打印速率相匹配电极总宽遍布数据图表。(d) 制取的NCPM/CNT和CNT二种黑墨水的表观粘度与剪切速率的关联。(e, f) 存储应变速率和损害应变速率各自与裁切工作压力和頻率中间的关联。(g, h) 打印电极的表层及横截面SEM。(i) NCPM/CNT电极在低温干燥后的外部经济外貌图。

IV 打印电极的三电极光电催化特性

在扫描仪速度为10 mV/s的状况下,根据三电极设备各自检测NC、NCP和NCPM三者的循环系统光电流曲线图(CV),在其中很大的曲线图总面积说明较高的容积储存,从图4b中能够看得出NCPM的容积最大。NCPM相对性于NCP和NC结构类型具备一定优点,关键因为MXene的引进为耐磨钢管氢氧化镍的生成出示了大量的生长发育结构域,融合MXene优良的导电率,能够进一步提高电极原材料的动力学方程。根据依靠三维逐级打印技术性,获得薄厚不一样、承载量不一的电极。剖析必得,伴随着电极薄厚的提升,总面积承载量也慢慢扩大,因而相匹配较高的总面积电容器。殊不知,相对性于薄电极,厚电极的正离子和电子器件传输速率比较迟缓,因而相对性厚的电极其容积容积很有可能会遭受一定的危害,如图所示4e所显示。

3D打印NiCoP/MXene复合电极材料:构建高面积/体积能量密度储能器件

图16. (a) 三维打印不一样薄厚的NCPM电极的电子光学相片。(b) 三电极管理体系检测NC、NCP、NCPM三种电极原材料的CV曲线图。(c, d) NCPM/CNT在不一样电流强度下的GCD曲线图及循环系统可靠性。(e) 不一样打印电极的总面积和容积容积。(f) 本工作中制取的电极与其他管理体系的比照。

V 打印非对称加密超级电容器

我们在打印电极的基本上设计方案了非对称加密的超级电容器(ASC),这能够进一步提高全部器件的能量密度。为了更好地做到ASC的最好特性,正负要考虑电荷守恒(Q = Q−),可明确二者的原材料占比;并根据CV曲线图来明确两电极中间的工作电压区段为0−1.4 V,如图所示5b,c所显示。在蓄电池充电电流强度为12 mA cm−2的标准下对光电催化储能技术器件开展循环系统功能测试,在5000次恒流电源蓄电池充电后,ASC依然保存原始比电容器值的87.5%,显示信息出不错的循环系统可靠性,如图所示5f所显示。根据对电极薄厚的提升,及其扩宽后的工作电压对话框,最后能够获得全部器件的总面积和容积能量密度各自为0.89 mWh cm−2和2.2 mWh cm−3(图5G)。

3D打印NiCoP/MXene复合电极材料:构建高面积/体积能量密度储能器件

图5. (a) 三维打印非对称加密超级电容器正负电极。(b) 在10 mV/s扫速下打印电极的CV曲线图。(c) 不一样工作电压区段内的CV曲线图。(d) 不一样扫速下的CV曲线图。(e) 不一样电流强度下的GCD曲线图。(f) 两电极相匹配的长循环系统可靠性。(g) 打印NCPM与其他管理体系的总面积与容积能量密度比照。

作者简介

3D打印NiCoP/MXene复合电极材料:构建高面积/体积能量密度储能器件

孙靖宇

文中通讯作者

浙江越秀外国语学院 专家教授

关键研究领域

关键从业烯碳电力能源原材料的操纵制取与器件应用研究。

关键科研成果

近些年在Adv. Mater., Nature Commun., Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater., ACS Nano等期刊论文发表期刊论文120余篇。发展趋势了低维碳材料可控性生长发育的Direct-CVD技术性,探寻产品研发石墨烯材料夹层玻璃、石墨烯材料圆晶、烯碳膈膜等新型材料,完成了烯碳基墨水的常量元素制取及电力能源器件的包装印刷化集成化。科研成果被科学网, Nature Mater., Materials Views, Phys.org等闪光点报导。主持人中组部人才计划新项目、我国关键产品研发方案“变革性技术性重要关键问题”关键重点子课题、自然科学基金委、江苏科技厅、苏州科技局等科研课题7项。获北大出色博士研究生奖、江苏“六大优秀人才高峰期”、浙江越秀外国语学院出色博士研究生论文撰写老师(2019)、浙江越秀外国语学院五四青年奖(2020)、剑桥大学Varsity Award等奖赏。

写稿:全文创作者

来源于:《纳微快报》杂志社,江苏省激光器同盟转截

标签:MXene电极NiCoP复合材料面积体积储能墨水电化学消息资讯电容器苏州大学密度器件


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