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基于过渡金属基化合物的高能量密度超级电容器研发
超级电容器是一种新型绿色储能器件,拥有比功率大、充放电效率高, 寿命长等优点,在低碳经济时代展现出巨大应用前景,已经被广泛应用于电 子产品、电动汽车、混合电动汽车、无线通讯设施、信号监控、太阳能及风 力发电等领域。开发具有高能量、高循环性和低成本的超级电容器是该领域 未来重要研究之一。电极材料作为超级电容器的核心组成部分,对其储能 性能有着至关重要的影响,而具有高理论容量、低价格的过渡金属基化合物 (Fe、Co、Ni)是实现高容量、低成本超级电容器首选的电极材料。以过渡金 属基化合物为主要研究对象,对其组分及结构进行了调控,通过储能性能测 试及储能机理分析,为开发高性能、低成本的活性电极材料提供实验依据。 这一研究的开展,给组装超高能量密度的超级电容器并使其从实验室走向我们 的日常生活带来了新的前景。1. 先进性及产业化前景:提高性能、降低成本一直以来都是超级电容器发展的 主旋律,其中能量密度低是超级电容器发展面临的主要问题,因此开发出具 有高能量、成本低的超级电容器迫在眉睫。就提高性能而言,超级电容器的 电极改进是重点,主要途径是通过提高电压窗口和提高电极材料的比电容。目前针对超级电容器电极材料的研究主要集中在:(1)改进现有的电极材料;(2)开发新型电极材料;(3)改进生产工艺,实现低成本化。目前在全球范 围内达到工业化生产水平的超级电容器基本都是以双电层为储能机制的活性 碳基超级电容器,而以贋电容为储能机制的超级电容器尚处于实验室开发阶 段,因此超级电容器还有很大的发展空间。2. 对所在行业和关联产业发展和转型升级的影响:根据超级电容器的容量大小 和功率密度,可以将其用作后备电源、替换电源和主电源。当主电源发生故障 而不能正常使用时,超级电容器便起到后备补充作用,它具有寿命长、充放电快 和环境适应性强等优点。当用作替换电源时,主要应用于对环境变化有特殊要 求的场合,例如白天太阳能提供电源并对超级电容器充电,晩上则由超级电 容器提供电源。作为主电源时,主要利用超级电容的大功率密度,一般是一tin个或几个超级电容器通过一定的方式连接起来持续释放几毫秒至几秒的大电 流,放电之后,再由低功率的电源对其充电。3.   市场分析:根据IDTechEX数据统计,2014年超级电容器全球市场规模为11 亿美元,预计到2018年,超级电容器全球市场规模将达到32亿美元,年复合 增长率为31%,并预测将会以此速度预计到2018年,超级电容器全球市场规模 将达到32亿美元,年复合增长率为31%,并预测将会以此速度继续增长。我国 将“超级电容器关键材料的研究和制备技术"列入到《国家中长期科学和技 术发展纲要(2006-2020年)》,作为能源领域中的前沿技术之一。有数据显示, 2015年国内超电市场规模已经超过了 70亿元,因此,在这样的一个大背景下, 研究新材料以开发具有超高能量密度的超级电容器具有非常大的市场前景。
重庆大学 2021-04-11
高纯度金属有机物(MO-CVD源)的新型通用电解合成技术
采用“电子”作为反应试剂,以金属[M = In, Sn, Al, Ta, Nb, Zn, Ti, Ni,等]为阳极,控制一定的阳极电极电位,分别在ß-二酮(如乙酰丙酮,Hacac),醇(ROH),或其混合溶液中电化学溶解金属,或按照一定顺序电化学溶解两种金属得到相应的单金属或者多金属有机物。具体反应为:M(金属)+ HL +电能 → ML (L=OR,ß-二酮如:Hacac)。本工艺为高纯度金属有机物(MO-CVD源)开发出一种全新“绿色化学”途径,具有如下优势:(1) 原材料金属可通过电解精炼达到很高纯度(>99.99%),从源头保证MO-CVD源的纯度要求,该技术采用阳极电极电位控制特定金属溶解,从而进一步控制杂质离子。同时该技术合成的MO-CVD源可以采用常规方法进一步提纯,根据需要杂质离子可以控制在10-9 量级以下。如采用该法制备的纳米TiO2(粒径分布窄,~5 nm左右)杂质分析:Pb:0.6 ppm,As:0.5 ppm,Hg:0.09 ppm,Fe:0.21 ppm。(2) 该工艺克服了传统化学方法合成MO-CVD源的缺点。以钛醇盐为例,化学法采用TiCl4 +ROH → Ti(OR)4,该反应由ROH逐渐取代Cl生成Ti(OR)xCly,采用氨吸收HCl形成沉淀使反应向右进行,无法得到不含Cl的Ti(OR)4,很难满足特殊电子工业对Cl杂质要求很高的工艺要求。本技术从工艺路径上保证了产品纯度:Ti(金属) + ROH +电能 → Ti(OR)4,该过程未引入任何Cl杂质,可以做到绝对无Cl的MO-CVD源。 (3)该技术具有通用性。MO-CVD源属于高附加值产品,市场变化快,本工艺采用的设备可以随时通过更换不同金属或者有机配体(含有活性氢配体),根据市场需要随时实现产品的转换,在追求高利润的同时规避市场风险,具有投资价值。工艺路线:具体合成:1. 金属醇盐:如钛醇盐、钽醇盐、铌醇盐、铟醇盐、锡醇盐,铜醇盐、镍醇盐等,及其稳定的金属醇盐ß-二酮配合物。2. ß-二酮金属盐化合物:如乙酰丙酮金属盐,乙酰丙酮锌Zn(acac)2、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮铟In(acac)3、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮钽、乙酰丙酮铌、乙酰丙酮锡等。3. 二元金属醇盐ß-二酮配合物:如PbTi(OR)x(acac)y,AlTi(OR)xLy,NaTa(OR)xLy,LiTa(OR)xLy等。 应用范围:高纯金属有机物可以作为MO-CVD源,制备超高纯度纳米金属氧化物。同时这些金属有机物可以有以下用途:添加剂,热稳定剂,催化剂,具体可用作树脂交联剂,树脂硬化促进剂,树脂、塑料、橡胶添加剂,铁电、压电等氧化物薄膜、超导薄膜、热反射玻璃薄膜、透明导电薄膜等功能薄膜材料等。
南京工业大学 2021-04-13
等离子喷涂制备三元硼化物基金属陶瓷涂层的方法
研发阶段/n一种等离子喷涂制备三元硼化物基金属陶瓷涂层的方法,其特征是:采用等离子喷涂方法,在钢铁材料表面通过原位反应获得三元硼化物(MoFeB↓[2])基金属陶瓷涂层,再经过正火(或淬火+回火)热处理后,使涂层和钢铁材料之间产生化学反应,形成反应界面;等离子喷涂粉末组成的质量百分比:25%~40%FeB、35%~50%Mo、1%~10%Ni、1%~10%Cr、10%~20%Fe,各组分之和为100%;粉末粒度5~20μm。本发明获得的涂层硬度达89HRA,结合强度达350MPa,耐磨性是W18Cr
湖北工业大学 2021-01-12
一种金属氧化物/铂纳米颗粒复合催化剂的制备方法
本发明公开了一种金属氧化物/铂纳米颗粒复合催化剂的制备方 法,该方法包括:使用原子层沉积方法生长铂纳米催化剂颗粒和金属 氧化物,通过改变原子层沉积循环次数,从而沉积所需厚度的氧化物 复合层和所需粒径的纳米颗粒,两者结合形成复合催化剂。通过本发 明,可以精确制备金属氧化物和铂纳米颗粒的复合催化剂,锚定金属 催化颗粒从而提高铂催化剂在高温下的热稳定性,且由于氧化物薄膜 与金属直接具有催化协同效应,能够在提高催化剂抗烧结性的同时, 提高催化剂的活性。
华中科技大学 2021-04-14
部分氧化是提高金属氮化物催化性能的一种可行途径
研究还表明,氮氧化铬(CrO0.66N0.56)纳米颗粒具有优异的氮气还原催化活性。在自制的质子交换膜电解池装置中,氨气生成速率在2V时可达8.9×10-11 mol s-1 cm-2 和15.56μg h-1 mg-1,其最高库伦效率在1.8V时达到了6.7%。在相同测试条件下,氮氧化铬催化性能远优于氮化铬(CrN)。研究发现,氮化物的部分氧化使得氮氧化铬催化剂表面的电子特性发生变化,从而提高氮还原的催化活
南方科技大学 2021-04-14
一维纳米复合金属氧化物气敏材料及其制备方法
本发明提供了一种一维纳米复合金属氧化物气敏材料及其制备方法。本发明将氯化锌溶液、氯化锡溶液混合后与氢氧化钠溶液进行水热反应,通过加入无水乙醇、表面活性剂和控制反应条件而制备一维纳米氧化锌氧化锡复合材料。该制备方法与现有的一维纳米金属氧化物材料的制备方法相比,具有成本低,操作简单,低能耗等优点。制备的纳米复合材料对甲烷、一氧化碳、二氧化氮等气体具有气体敏感度,是一种良好的气敏材料。
安徽建筑大学 2021-01-12
42001金属矿物、金属及合金标本
宁波华茂文教股份有限公司 2021-08-23
宽禁带半导体碳化硅电力电子器件技术
宽禁带半导体碳化硅(SiC)材料是第三代半导体的典型代表之一,具有宽带隙、高饱和电子漂移速度、高临界击穿电场、高热导率等突出优点,能满足下一代电力电子装备对功率器件更大功率、更小体积和更恶劣条件下工作的要求,正逐步应用于混合动力车辆、电动汽车、太阳能发电、列车牵引设备、高压直流输电设备以及舰艇、飞机等军事设备的功率电子系统领域。与传统硅功率器件相比,目前已实用化的SiC功率模块可降低功耗50%以上,从而减少甚至取消冷却系统,大幅度降低系统体积和重量,因此SiC功率器件也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源”器件。 本团队在SiC功率器件击穿机理、SiC功率器件结终端技术、SiC新型器件结构、器件理论研究和器件研制等方面具有丰富经验,能够提供完整的大功率SiC电力电子器件的设计与研制方案。目前基于国内工艺平台制作出1600V/2A-2500V/1A的SiC DMOS晶体管(图1,有源区面积0.9mm2);4000V/30A的SiC PiN二极管(图2);击穿电压>5000V的SiC JBS二极管(图3)。 a b c 图1 1.6-2.5kV SiC DMOS器件:(a)晶圆照片(b)正向IV测试曲线(c)反向击穿电压测试曲线 a b c 图2 4kV/30A SiC PiN器件:(a)晶圆照片(b)正向导通测试曲线(c)反向击穿电压测试曲线 a b c 图3 5kV SiC JBS器件:(a)显微照片(b)正向导通测试曲线(c)反向击穿电压测试曲线
电子科技大学 2021-04-10
宽禁带半导体碳化硅电力电子器件技术
本团队在SiC功率器件击穿机理、SiC功率器件结终端技术、SiC新型器件结构、器件理论研究和器件研制等方面具有丰富经验,能够提供完整的大功率SiC电力电子器件的设计与研制方案。
电子科技大学 2021-04-10
纳米晶氮碳化钛陶瓷超细粉的高温碳氮化制备法
一种纳米晶氮碳化钛陶瓷超细粉的高温碳氮化反应制备法,以纳米氧化钛和纳米碳黑为原料,工艺步骤依次为配料、混料、干燥、装料、高温碳氮化、球磨、过筛。此法工艺简单,成本较低,较一般碳热还原法节约能源,容易实现规模化工业生产。通过控制反应温度、保温时间、氮气压力(或流量)、碳钛配比等工艺因素可以合成各种氮含量的氮碳化钛纳米晶超细粉。用此法制备的氮碳化钛粉末为球形,分散性较好,平均粒度为100~200NM,平均晶粒度为20~50NM,纯度达99%以上。
四川大学 2021-04-11
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