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(a) Ragone 曲线;
(b) 双电层电容、赝电容和电池电化学反应机理。
图2 典型双电层电容、赝电容和电池材料电化学行为
AC: (a) & (b); Polyaniline: (c) & (d); LiFePO4: (e) & (f); C-V曲线。
图3 三种赝电容反应类型
(i) 欠电位沉积;
(ii) 氧化还原赝电容;
(iii) 插入赝电容。
图4 赝电容CV曲线中的临界扫描速率
(a) 理想的双电池电容;
(b)-(d) 不同扫描速率下, 赝电容氧化还原峰分离演变。
图5 典型赝电容材料实例展示
CV曲线-扫描速率关系图:(a) 水合 RuO2; (b) MnO2; (c) Polyaniline; (d) Mxene Ti3C2Tx.
图6 典型赝电容和电池材料实例
CV曲线-扫描速率关系图:(a) 典型赝电容材料; (b) 实例T-Nb2O5; (c) 典型电池材料; (d) 实例LiFePO4.
图7 峰值电流-扫描速率构效关系区分赝电容和电池
b值用于分离由扩散控制贡献的表面氧化还原反应。
图8 影响b 值因素
电极材料类型:(a) T- Nb2O5 & (b) LiFePO4; 电位:(c) b值与电位曲线;载流子类型: (d) (Li+vs. Na+).
图9 两种方法定量区分面/体电荷贡献
图10 本征赝电容行为及其影响因素
晶体结构 (a) & (d); 结晶度 (b) & (e); 载流子类型 (c) & (f).
图11 非本征赝电容行为及其影响因素
上图显示了电化学行为随晶粒尺寸的演变规律。
图12 二元混合(杂化)设计用于优化电化学特性
通过电极杂化设计,实现对面/体电荷比例的调控,显著提高电化学特性。
该综述深入探讨了赝电容和电池材料电化学行为及其影响因素,系统总结了相关电化学分析方法,为高性能电化学储能器件提供重要理论指导。
文献链接:Advanced Energy Storage Devices: Basic Principles, Analytical Methods, and Rational Materials Design (Adv. Sci., 2017, doi: 10.1002/advs.201700322)
本文由刘继磊博士提供。
作者简介
刘继磊博士于2015年从新加坡南洋理工大学获得博士学位。多年来一直从事碳基电化学储能材料与器件设计研究工作,特别专注于新型碳材料(如石墨烯/碳纳米管杂化结构)的绿色和低成本制备,高性能碱金属离子电池、水系杂化电池和非对称电容器设计,以及相关电化学反应机理研究。截止目前,共发表SCI 论文40余篇。是国际电化学学会和美国电化学学会会员。
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