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读研期间的超级电容方面资料整理7-再论赝电容与界面设计
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今天有事耽搁了，导致第六篇发帖比较晚，作为回报今天再多发个帖子，作为总结吧···小木虫上有不少没人管没人问的孩子，希望能对他们有所帮助，不过为了安慰一下大家，我可以说自己的亲身经历是设计自理，实验自筹，论文自备，终于熬到投稿了，这时一直神龙见首不见尾的老师出来了，开始对你的投稿与修改指手画脚、横加干预，关键是你要是干预对了我就认了，怎么错误怎么来，遵从他的吩咐投稿基本没有当天不返回的···所以小伙伴们，大多数人还是比我幸运很多的···好了言归正传： 一. 结合自己的见解，对赝电容重新做一个概括： （1）赝电容材料的正好位于理想双电层和电池材料的性能间隙处具有独特优势，超级电容本身的引入和发展也正是源于电池材料功率特性的不足，因而与其坚持传统的超级电容包含赝电容和双电层两类这种观点，不如看做赝电容是电池与超级电容的间隙，弥补各自的不足并将性能连接起来； （2）从前面讨论可以得知将赝电容看做一种材料并不准确，许多电池材料都可以在特定条件下表现出电容的性能，而赝电容行为无疑与现在研究中的纳米结构电池材料设计有着许多不解之缘。电极材料结构本身可以实现电子传递与离子传递调节与平衡，甚至可以说赝电容性能更多决定于电活性材料的界面设计而非材料本身，赝电容更多是一种设计思路； （3）现实中所说的赝电容大多是非理想状态的，一方面电化学过程可能涉及多步氧化还原，另一方面纳米材料引起的不均匀性也容易引起材料中存在多种充放电状态。因而实际中许多情况下所说的赝电容更多是一种混合行为，广义的赝电容也允许这种混合状态的存在。 二. 超级电容的性能： （1）功率密度。这无疑是超级电容的设计初衷与最重要性能之一，以牺牲功率密度换取能量密度的行为并不明智。研究认为功率密度与电子和离子传递动力学有关，因而普遍在超级电容电极设计中注重微纳米孔结构和良好的导电性，多孔纳米结构电解质和活性材料的充分接触进而缩短离子传递路径，有利于动力学上的快速反应。作为纳米结构如著名的核壳纳米阵列，都实现了性能的提升和改善；对于导电性一项，需要低极化并且动力学反应上易于收集电荷，基本上现在的研究主要集中于采取合适的导电骨架或导电涂层来增强电极材料的整体导电性。总而言之，功率密度的提升需要“快”同时反应历程尽量简单。 （2）能量密度（比电容）。我们在进行测试中往往使用比电容来描述材料的性能，而实际使用中能量密度更为重要，因而在考虑比电容的同时必须要考虑工作电压窗口。可以说能量密度的引入关注是许多研究从碳材料转向赝电容材料的原因，氧化还原型材料的比电容往往是单纯的双电层材料的数倍。当然，能量密度的增加也导致了许多问题的产生，赝电容材料普遍导电性不高，必须在可逆性与比电容之间寻求平衡，当然这也限制了赝电容材料的充放电速率。因而上面我们提到的微结构设计与导电性增强也是往往必不可少的环节。而对于电压窗口范围，最为常见的便是以非对称结构代替对称结构，值得一提的是电化学反应内在因素，电解液种类及化学电源结构都会对电压范围产生影响。前面提到作为超级电容首要的是功率特性，因而能量密度的增加必须适度，否则很容易导致超级电容变成一般的电池了。 （3）低重量。便携设备的发展自然需要材料相适应，功率密度和能量密度的发展也与质量密切相关。我们知道许多导电基底材料如泡沫镍在设备中占据很大质量，但是却对电容基本没有贡献，考虑到这些的存在其实很多研究结果性能改善将不再显著，活性物质质量与导电材料相差过大，实际整体功率密度与能量密度并不令人满意，甚至许多赝电容材料还不如碳材料。 （4）小体积。碳材料密度小，单纯的质量单位也不足以反应全部问题，前面第1章曾经单独论述过体积问题，我们知道更多时候实际应用更多受限于体积，这也是比较与纳米结构设计相冲突的一点，小体积往往需要很高的有效堆积密度。 （5）结构稳定性。这也是电化学电容除了高功率特性外的另一必要特性，多说情况下直接生长于基底上要好于颗粒涂覆，但是不得不提的一点是电化学过程基本是避免不了结构改变的，所谓的稳定性都是相对的，赝电容材料稳定性也很难与双电层相比。 文献是前6部分的整合版本，集中在一个endnote中（152篇，无重复文献）外加福利29篇相关的综述，共计181篇··· |
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