Page 41 - 《精细化工》2021年第4期

第 4 期 曹德富，等: 电化学流体电容器的研究进展 ·675·

MnO 2 ，与不同比例的炭黑制成浆料作为正极，负极 种电荷存储机制，一是通过 MnO 2 颗粒表面形成双
为 AC 浆料，组装成非对称 EFC（如图 3 所示），可 电层来存储电荷；二是通过在本体中嵌入带电荷的
以实现 1.6 V 的电压窗口，能量密度和功率密度分 阳离子发生氧化还原反应进行电荷存储 [35] 。这使得
别增加到 11 W·h/kg 和 50 W/kg，比基于 AC 的对称 MnO 2 的电荷存储量不受其比表面积的限制，因此可
EFC 分别高约 3.5 倍和 2 倍。这是因为 MnO 2 有两 以实现较高的比电容 [17] 。

图 3 MnO 2 悬浮电极的两种电荷存储机制示意图（a）；基于锰氧化物和 AC 悬浮液的非对称 EFC 示意图（b）；多孔
AC 的 EDLC 电荷存储示意图（c） [17] ；MnO 2 -AC 非对称 EFC 的循环伏安曲线（d） [36] ；AC 浆料与不同配比的
LMO 浆料的黏度-剪切速率曲线（e） [34]
Fig. 3 Schematic diagram of two charge storage mechanism of MnO 2 suspended electrode (a), asymmetric EFC diagram
based on manganese oxide and AC suspension (b) and schematic diagram of EDLC charge storage mechanism of
porous AC (c) [17] ; Cyclic voltammetry curves of MnO 2 -AC asymmetric EFC (d) [36] ; Viscosity-shear rate curves of AC
slurry and LMO slurry with different ratio (e) [34]

[36] [34] LMO 和科琴黑（KB）的质量分数分别为 10%和 4%，
LIU 等曾利用水钠锰矿（MnO 2） 和 LiMn 2O 4
作为活性材料，与 AC 组装成非对称 EFC，两种水 而“A20K2”则表示浆料中 AC 和 KB 的质量分数
−1
系 非对称 电容 器的电 化学 窗口均 达到 较高值 分别为 20%和 2%。在剪切速率 100 s 下，L10K4
（ 1.8 V），展 现出良好的电化学性能。其中 ， 和 A20K2 浆料的黏度分别约为 30 和 1 Pa·s，并且
MnO 2 -AC 非对称 EFC 在不同扫描速率下的 CV 曲 随着剪切速率继续提高，两种浆料都表现出显著的
线如图 3d 所示，在功率密度为 94.5 W/kg 条件下具 剪切稀化现象 [34] 。
有较高的能量密度（9.4 W·h/kg），比 MnO 2 基或 AC 1.1.3 有机物
基对称型 EFC 的能量密度更高。LMO-AC 非对称型 EFC 中活性材料主要通过形成 EDLC 来存储电
EFC 在静态测试条件下，当功率密度为 50.0 W/kg 荷，这要求活性材料具有较大的比表面积，而单一
时，获得了很高的能量密度（23.4 W·h/kg），同时循 的电荷存储机制也使得 EFC 的能量密度相对于电池
环 1000 圈后库伦效率仍高达 99.2%；在间歇流动模 要低。通过引入一些具有氧化还原活性的有机物
式下也展现出最高 21.2 W·h/kg 的能量密度（电流密 （或电对）产生赝电容，可以提高电极的能量密度。
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度为 2.5 mA/cm ）。此外，该体系还具有较好的流 酸性电解质中常用碘化钾、溴化钾、硫酸钒、HQ、
变性能（图 3e），样品“L10K4”表示流体电极中 靛蓝、亚甲基蓝、羧甲基纤维素 [37] 以及木质素磺酸