储能科学与技术

特约主编寄语

阮殿波

2016 (6): 780-780.

摘要 ( 367 )

PDF(1996KB) ( 493 )

为了及时反映超级电容器的最新科研成果和研发趋势，推动超级电容器技术的快速发展，促进其在储能、节能等应用领域的广泛应用，应《储能科学与技术》之邀，本人负责组织了本期“超级电容器”专刊。专刊邀请了多位国内著名的超级电容器研究与开发专家撰稿，他们中既布来自高校和科研机构的权威学者，也有来自企业的技术专家，为我们提供了大量的最新成果和信息。

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致密储能——石墨烯用于超级电容器的机遇和展望

陶莹1，李欢1，杨全红1,2

2016 (6): 781-787. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0042

摘要 ( 824 )

PDF(17701KB) ( 1673 )

碳纳米储能材料发展迅速，质量容量性能不断刷新。但通常碳纳米材料的密度较低，导致其体积比容量有限，在很多时候很难将材料水平上的优异性能反映到最终的器件上。发展高体积能量密度储能材料，在器件水平上实现致密储能，对推动储能材料和器件的实用化至关重要。作为其它sp2碳质材料的基本结构单元和一种柔性二维材料，石墨烯通过组装可以实现纳米结构致密化，在致密储能方面具有先天优势。本文以石墨烯在超级电容器中的应用为主，分别从材料、电极、器件3个层次讨论了实用化储能器件的设计原则，梳理了高体积能量密度碳基储能材料的研究进展，重点介绍了高体积容量碳电极材料的致密化设计理念，强调了从器件角度考虑储能材料设计的重要性，并对致密储能面临的机遇和挑战作了分析。

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超级电容器研究进展：从电极材料到储能器件

宋维力, 范丽珍

2016 (6): 788-799. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0041

摘要 ( 731 )

PDF(23305KB) ( 1157 )

随着绿色储能器件的快速发展，超级电容器作为兼具高比能量与高比功率的优点，在储能领域具有重要发展潜力的新型储能器件，本综述从超级电容器的电极材料出发，详细概括了超级电容器电极材料的发展，包括双电层电容材料、赝电容材料以及双电层/赝电容复合材料；在此基础上，基于固态电解质，深入讨论了近年来全固态超级电容器的典型构型，针对性地总结了提高储能器件储能容量的关键问题。最后，基于电极材料与电解液的研究焦点，对超级电容器的研究提出了未来发展方向。

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超级电容器的应用

陈雪丹1，陈硕翼2，乔志军1，傅冠生1，阮殿波1

2016 (6): 800-806. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.00047

摘要 ( 1115 )

PDF(1078KB) ( 2423 )

与传统二次电池相比，超级电容器因其具有寿命长、功率密度大等特点，能够满足电动汽车、电子存储设备、家用电气、航天航空设备等一些应用领域对高功率储能装置的需求，因此自其问世以来，这种储能器件的应用便急速扩展。本文对双电层电容器和混合型超级电容器进行了简单介绍，并对其应用进行综述。

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炭基锂离子电容器的研究进展

张进，王静，时志强

2016 (6): 807-815. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0072

摘要 ( 772 )

PDF(18785KB) ( 1077 )

新能源体系的建设和电子设备的飞速发展对储能器件提出了更高的要求，即要求其同时兼具较高的能量密度和功率密度。锂离子电容器（LIC）是一种基于锂离子电池（LIB）和超级电容器（EDLC）双重储能机制的储能器件，兼具超级电容器良好的功率特性和锂离子电池较高的能量密度，有望应用于混合动力汽车、轨道交通、智能电网、能源工程等领域。从锂离子电容器未来的产业化角度出发，炭材料因为资源丰富、制备简单和廉价易得是锂离子电容器的首选材料。本文综述了活性炭等正极炭材料、石墨等负极炭材料、电解液以及锂离子电容器工艺方面的研究进展，并对锂离子电容器未来的发展方向和发展前景作出了展望。

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双电层电容器储能机理研究概述

向宇，曹高萍

2016 (6): 816-827. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0088

摘要 ( 902 )

PDF(22196KB) ( 1160 )

本文综述了双电层电容器的储能机理研究进展，详细论述了多孔碳孔结构与电解液离子之间的相互作用，介绍了多孔碳界面双电层理论，包括最早的平行板双电层模型、考虑孔隙曲率的EDCC和EWCC模型及最新发现的充电机理。经过上述讨论，认为合成具有最优微孔尺寸、合适介孔比例和结构规整的多孔碳，是今后得到高功率密度、高能量密度多孔碳基超级电容器的最佳途径。

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碳气凝胶的制备及其在电化学超级电容器上的应用

吴学玲1，张志华1，刘冬1，关大勇1，刘念平1，叶玉凤2，沈军1

2016 (6): 828-833. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0038

摘要 ( 714 )

PDF(6255KB) ( 801 )

本文通过优化碳气凝胶前驱体的配比以及采用3种活化工艺，包括CO2物理活化、KOH化学湿法活化以及CO2、KOH两步活化工艺，研究了制备高比表面积碳气凝胶的工艺参数，并对碳气凝胶的微观结构和相应的电化学特性进行了表征和分析。结果表明，间苯二酚与碳酸钠的摩尔比（R/C）为1500时，获得的碳气凝胶比表面积达到820 m2/g，比电容量为151 F/g；经物理活化、化学湿法活化以及两步活化工艺后获得的活化碳气凝胶的比表面积分别为1589 m2/g、1480 m2/g、2119 m2/g，比电容量分别为181 F/g、229 F/g、259 F/g。相比之下两步活化法不但提升了碳气凝胶的比表面积，而且制备的碳气凝胶材料表现出更良好的电化学性能。

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中间相炭微球负极预嵌锂量对软包装锂离子电容器性能的影响

张世佳，张熊，孙现众，赵菲菲，贾俊翔，马衍伟

2016 (6): 834-840. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0019

摘要 ( 663 )

PDF(15120KB) ( 554 )

以活性炭作为正极，预嵌锂的中间相炭微球为负极，制成软包装锂离子电容器。在正负极活性材料质量比为1∶1的条件下，采用恒压嵌锂法对负极进行预嵌锂，嵌锂容量分别为100 mA•h/g、200 mA•h/g、300 mA•h/g。在2～4 V的电压区间内，对软包装器件进行倍率测试及高倍率下的寿命测试。测试结果显示，锂离子电容器单体电容量为4～5 F，预嵌锂容量为200 mA•h/g时电容器展现出最佳的电化学性能，首次充放电能量密度为83.7 W•h/kg（基于正负极活性质量），在倍率为120 C时，功率密度达8835.4 W/kg，能量密度保持在40.3 W•h/kg。在20 C的倍率下进行充放电寿命测试，500次循环之后，能量密度保持91.6%，1000次循环之后，能量密度保持86.5%。

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Graphene-supported ultra-small Co3O4 nanoparticles for high-performance supercapacitors

LIU Zheng, LI Ji, WU Xiaoliang, WEI Tong, FAN Zhuangjun

2016 (6): 841-848. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0049

摘要 ( 528 )

PDF(17507KB) ( 430 )

Ultra-small Co3O4 nanoparticles/graphene hybrid material had been synthesized by a facile hydrothermal route and consequent calcination process. The as-obtained ultra-small Co3O4 nanoparticles with their sizes of 5–8 nm are tightly anchored on the surface of graphene (GNS). Benefiting from the ultra-small size of Co3O4 nanoparticles, the high interconnectivity of hybrid material as well as the high conductive networks constructed by GNS, which can provide a fast and efficient transportation of electron and electrolyte ions for the overall electrode, the as-prepared hybrid material exhibits a high specific capacitance of 462 F•g1 at 5 mV•s1 compared with pure Co3O4 (193 F•g1), and retained 88.2% of its initial capacitance after 2000 cycles, indicating a promising electrode material for supercapacitors.

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Li4Ti5O12/AC混合型电容器的制备与性能研究

杨斌1，陈硕翼2，刘秋香1，乔志军1，谭蕾1，阮殿波1

2016 (6): 849-854. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0048

摘要 ( 462 )

PDF(11317KB) ( 562 )

尖晶石型Li4Ti5O12因其长循环寿命、高功率以及宽工作温度特性，现已成为新一代超级电容器的重点发展方向。本工作分别选用商品化活性炭、钛酸锂为正、负电极材料，通过“Z型”叠片方式组装成容量达30000 F、内阻值小于0.5 mΩ的混合型超级电容器。考察了不同导电剂添加量、不同正负电极平衡比、单体高低温与安全性能测试情况。结果表明，导电剂含量为8%（质量分数）、正负电极质量比为2.23～2.82时，混合型超级电容器具有30000 F以上的容量和稳定的循环寿命，同时单体内阻能够恒定在0.5 mΩ以下。此外，该混合型超级电容器具有良好的高低温与安全性能，是一种具有广阔应用前景的储能器件。

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生物质基球形活性炭的制备及其电化学性能

马玉柱1,2，周聪3，于宝军1,2，陈明鸣1,2，王成扬1, 2

2016 (6): 855-860. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0040

摘要 ( 574 )

PDF(6084KB) ( 744 )

以生物质风化煤系腐殖酸（LHA）为炭质前驱体，通过溶剂蒸发和KOH活化方法制备了球形活性炭。使用扫描电子显微镜（SEM）、N2物理吸脱附仪等手段对球形活性炭形貌和孔道结构进行了表征；还将活性炭组装成扣式电容器，进行了充放电容量、循环伏安特性和交流阻抗行为等电化学性能测试。结果表明：所制备的球形活性炭具有良好的球形度，通过少量碱活化后球形活性炭BET表面积为2034 m2/g、总孔容为1.24 cm3/g、平均孔径为2.38 nm。同时，以球形活性炭作为电极材料应用于水系超级电容器后显示了优异的电化学性能，比电容可达到319 F/g，在进行10000次充放电后，比电容保持率为98.9%。此外，球形活性炭相比于颗粒活性炭具有更好的导电性，也展现了更加优异的倍率性能和循环性能。因此说明LHA基球形活性炭是一种有潜在优势的超级电容器材料。

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石墨烯-碳纳米管杂化物在超级电容器中的应用

谢青1,2，田佳瑞1，何宫樊2，和冲冲2，康辉2，魏小波2，孙久铭2，

2016 (6): 861-868. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0052

摘要 ( 574 )

PDF(9639KB) ( 514 )

双电层超级电容器作为新型清洁能源储能器件，具有安全、高功率密度和长寿命的优点。目前发展新电极材料与提高工作电压窗口是提高电容器能量密度的重要方向。本工作利用化学气相沉积法制备了石墨烯-碳纳米管杂化物，具有导电性优良、孔径可调、化学稳定性高、比表面积大（1200～1800 m2/g）的优点，同时避免了单独石墨烯或者碳纳米管电极制备过程中堆叠的缺点。并且系统研究了石墨烯-碳纳米管杂化物在水系、有机电解液和离子液体中的电容性质，考察了以活性炭为主体电极材料，石墨烯-碳纳米管为添加剂的软包电容器的性质，为开发高能量密度和高功率密度的超级电容器提供了基础。

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锂电池百篇论文点评（2016.8.1—2016.9.30）

武怿达，金周，张华，赵俊年，詹元杰，陈宇阳，陈彬，王昊，俞海龙，贲留斌，刘燕燕，黄学杰

2016 (6): 869-881. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0085

摘要 ( 833 )

PDF(17233KB) ( 1543 )

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述，以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2016年8月1日至2016年9月30日上线的锂电池研究论文，共有1579篇，选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了三元材料、富锂相材料和尖晶石材料的结构和表面结构随电化学脱嵌锂变化以及掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。硅基复合负极材料研究侧重于嵌脱锂机理以及SEI界面层，电解液添加剂、固态电解质电池、锂硫电池、锂空气电池的论文也有多篇。原位分析偏重于界面SEI和电极反应机理，理论模拟工作涵盖储锂机理、动力学、界面SEI形成机理分析和固体电解质等。除了以材料为主的研究之外，还有多篇针对电池、电极结构进行分析的研究论文。

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超级电容器百篇论文点评（2016.3.1—2016.9.30）

郑超，李林艳，于学文，杨斌，陈雪丹，黄益，刘秋香，周洲，吴奕环，顾应展，陈宽，袁峻，乔志军，傅冠生，阮殿波

2016 (6): 882-896. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0081

摘要 ( 743 )

PDF(16628KB) ( 888 )

该文是一篇近七个月的超级电容器文献评述，我们以“supercapacitor”为关键词检索了Web of Science从2016年3月1日至2016年9月30日上线的超级电容器研究论文，共有997篇，选取了其中100篇加以评论。双电层超级电容器主要研究了新型多孔碳材料、石墨烯等材料可控制备对其性能的影响。赝电容超级电容器的研究主要集中在金属氧化物复合材料、导电聚合物复合材料、杂质原子掺杂碳材料和新型赝电容材料等四个方面。混合型超级电容器包括水系混合型超级电容器和有机系混合型超级电容器两个方面的研究。

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移动储热技术发展现状与问题探讨

姚华1，黄云1，郑新港1，李大成1，丁玉龙2，王家安3，马光宇4

2016 (6): 897-908. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.00021

摘要 ( 516 )

PDF(15385KB) ( 470 )

高能耗企业生产过程中伴生的低品位热能，在供应与需求之间存在时空不匹配的矛盾，难以通过传统管道输送的模式加以利用。而移动式储热供热技术将能量收集、能量存储与输送以及能量供给有机结合，摒弃了管道输送的诸多弊端。详细分析了移动储热供热技术的国内外基础研究现状以及工程应用现状，并在此基础上，归纳了移动储热供热技术所面临的问题；之后提出一套移动式余热能模块化存储利用方案，并针对该方案的应用模式、经济性等问题进行详细阐述；最后展望了移动储热供热技术的市场前景与产业化。

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储能在发电侧调峰调频服务中的应用现状和前景分析

刘冰1，张静2，李岱昕2，宁娜2

2016 (6): 909-914. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0083

摘要 ( 918 )

PDF(7701KB) ( 501 )

作为清洁的可再生发电资源，光伏和风电的装机量在经历着快速发展的同时，也面临着弃风、弃光和可再生能源并网消纳困难等一系列问题。经过十多年的研发和示范应用，储能已经被认为是解决这些问题的关键技术。本文主要论述了储能在电力调峰调频领域的应用现状以及发展前景，并建议通过出台支持政策和建立合理的市场机制，使得储能在电力调峰调频领域大有可为。

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“长续航动力锂电池新材料与新体系研究”项目介绍

李泓

2016 (6): 915-918. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0069

摘要 ( 715 )

PDF(5809KB) ( 1408 )

2015年科技部组织编制了新能源汽车试点专项实施方案并于11月12日发布了2016年项目指南，共支持19个项目，其中“1.1”为动力电池新材料新体系。通过竞争，中国科学院物理研究所牵头申请的“长续航动力锂电池新材料与新体系研究”项目，与北京大学牵头申请的“高比能动力电池的关键技术和相关基础科学问题研究项目”共同获得了支持。本文介绍了“长续航动力锂电池新材料与新体系研究”项目的目的和意义，研究目标，研究内容，技术指标，课题安排，研究基础，研究挑战和预期效益。

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