摘要：应用3D打印技术制备准固态微型超级电容器(MSCs)在可编程结构设计和高质量负载电极制造方面具有固有的优势.然而,缺乏高性能的可打印墨水和厚电极内缓慢的离子传输,对其实际电荷存储能力提出了重大挑战.本文成功开发了一种具有优异流变性能的新型NiCo_(2)S_(4)基纳米复合墨水,并结合直墨书写的3D打印技术合理设计了准固态MSCs的三维结构.得益于牢固锚定在还原氧化石墨烯(rGO)表面的NiCo_(2)S_(4)纳米颗粒和有序的三维微孔,锯齿状厚电极提供了丰富的反应位点并增强了离子传输.因此,三层锯齿状MSCs的面电容高达416.7 mF cm^(-2).在1 mA cm^(-2)的电流密度下,单层、双层和三层电极的锯齿状MSCs的面电容与相对应的网格状MSCs相比,分别增加了127.1%、349.8%和585.9%.本工作为高面电容MSCs的材料和电极结构的跨尺度设计提供了新见解,推动了MSCs在柔性便携式电子设备中的集成应用研究.

摘要：为有效改善聚合物阴离子交换膜材料(AEMs)的性能,本研究在综合考虑聚合物结构、离子官能团种类及其链接方式对AEMs影响的基础上,设计制备了一系列含有柔性侧链型季鏻阳离子结构的新型聚芳醚腈(PAEN-TPP-x)阴离子交换膜.分别对所制聚芳醚腈阴离子交换膜的合成方法、结构和离子交换容量、吸水率、溶胀率、氢氧化物电导率及碱稳定性进行了系统研究,并与一些其他已报道的AEMs进行了比较研究,以进一步探索其结构与性能之间的关系.研究发现所制备的含有柔性侧链型季鏻阳离子结构的聚芳醚腈阴离子交换膜具有良好的综合性能.在60℃下,它们的吸水率、溶胀率和离子传导率分别为11.6%–22.7%,4.4%–7.8%和28.6–45.8 mS cm^-1.与此同时,该类AEMs还表现出良好的碱性稳定性,其中代表性样品PAEN-TPP-0.35在2 mol L^-1NaOH溶液中、60和90℃下浸泡480 h后的OH-传导率分别保持在其初始值的82.1%和80.6%.本研究可为高性能聚合物阴离子交换膜材料的设计制备和改性提供新的思路和方法.

摘要：为了提升锂离子或钠离子电池的电化学性能,通常的做法是将活性材料填充到多孔导电颗粒中来形成复合材料.然而,同时实现电池的高容量、高倍率、高首次库仑效率和长循环寿命等性能仍是一项挑战.针对这些需求,我们设计并制备了具有分等级微中孔结构的活性炭包覆碳纳米管材料.采用蒸发冷凝转化法制备了一种将红磷限制在碳材料孔隙中的新型磷/碳(P/C)复合材料.在这种复合材料中,碳基的微孔被红磷充斥而介孔被保留.材料颗粒表面的孔隙被红磷所堵塞.由于所制备的P/C复合材料这种独特的结构,其在锂离子电池中以0.2C倍率充放电时展现了高达1674 mA h g^(-1)的比容量和92.2%的首次库仑效率;在6C倍率充放电时展现出1116 mA h g^(-1)的高容量和优秀的循环稳定性.另外,所制备的复合材料在钠离子电池中也展示了卓越的性能.这种采用特殊结构来改善电化学性能的方法可推广到其他电池或储能应用中.

摘要：增加阴离子交换膜(AEMs)亲水段中柔性侧链阳离子的局部聚集度有助于改善膜材料的性能.然而,受结构设计策略和合成方法的限制,亲水链段局部含有四个以上柔性侧链阳离子结构的AEMs还鲜有报道.为有效提高AEMs的离子传导率、碱稳定性和尺寸稳定性,我们报道了一系列亲水链段局部含八个柔性侧链阳离子的聚芳醚砜AEMs.对所制膜材料(PAES-8TMA-x)的结构、离子交换容量(IEC)、吸水率、尺寸溶胀、碱稳定性和氢氧根电导率进行了研究分析,还系统比较了不同类型AEMs的结构与性能之间的关系.IEC值为1.76–2.76 mmol g^-1的AEMs表现出较全面的优良性能,其60℃时的氢氧根电导率在62.7–92.8 m S cm^-1,尺寸溶胀在8.3%–15.8%.代表性的PAES-8TMA-0.35样品,在90℃的2 mol L^-1Na OH中浸泡480 h后,IEC和氢氧根电导率分别可保持初始值的82.9%和79.6%.本研究工作延伸了局部含高密集柔性侧链阳离子结构AEMs的设计和制备方法,并为新型高性能AEMs材料的研制提供了新的策略.