CN112005408A - 氧化还原和离子吸附电极及储能设备 - Google Patents

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Abstract

本文提供了储能设备，包含第一电极，其包含层状双氢氧化物、导电支架和第一集流体；第二电极，其包含氢氧化物和第二集流体；隔膜；和电解质。在一些实施例中，本文描述的设备化学、活性物质和电解质的特定组合形成在高电压下操作并且在一个设备中表现出电池的容量和超级电容器的功率性能的存储设备。

Description

氧化还原和离子吸附电极及储能设备
背景技术
由于电气设备的发展和广泛使用，诸如智能手机、电动工具、电动汽车、电网稳定设备和笔记本电脑等的电子产品的全球市场正在持续成长和演进。由于许多这样的设备被设计为便携式和可充电的，所以它们依赖储能设备来提供所需的电流。然而，现有的电池和电容器的能量密度、功率密度、寿命周期和充电时间严重限制了电子设备的设计和实用性。
发明内容
本文提供的第一方面是第一电极，包含层状双氢氧化物、导电支架和第一集流体。
在一些实施例中，层状双氢氧化物包含金属层状双氢氧化物。在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锌-铁层状双氢氧化物、铝-铁层状双氢氧化物、铬-铁层状双氢氧化物、铟-铁层状双氢氧化物、锰-铁层状双氢氧化物或其任何组合。在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锰-铁层状双氢氧化物。
在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锌-铁层状双氢氧化物。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为约1:1至约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为至少约1:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为至多约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为约1:1至约1.5:1、约1:1至约2:1、约1:1至约2.5:1、约1:1至约3:1、约1:1至约3.5:1、约1:1至约4:1、约1:1至约4.5:1、约1:1至约5:1、约1:1至约5.5:1、约1:1至约6:1、约1.5:1至约2:1、约1.5:1至约2.5:1、约1.5:1至约3:1、约1.5:1至约3.5:1、约1.5:1至约4:1、约1.5:1至约4.5:1、约1.5:1至约5:1、约1.5:1至约5.5:1、约1.5:1至约6:1、约2:1至约2.5:1、约2:1至约3:1、约2:1至约3.5:1、约2:1至约4:1、约2:1至约4.5:1、约2:1至约5:1、约2:1至约5.5:1、约2:1至约6:1、约2.5:1至约3:1、约2.5:1至约3.5:1、约2.5:1至约4:1、约2.5:1至约4.5:1、约2.5:1至约5:1、约2.5:1至约5.5:1、约2.5:1至约6:1、约3:1至约3.5:1、约3:1至约4:1、约3:1至约4.5:1、约3:1至约5:1、约3:1至约5.5:1、约3:1至约6:1、约3.5:1至约4:1、约3.5:1至约4.5:1、约3.5:1至约5:1、约3.5:1至约5.5:1、约3.5:1至约6:1、约4:1至约4.5:1、约4:1至约5:1、约4:1至约5.5:1、约4:1至约6:1、约4.5:1至约5:1、约4.5:1至约5.5:1、约4.5:1约6:1、约5:1至约5.5:1、约5:1至约6:1或约5.5:1至约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为约1:1、约1.5:1、约2:1、约2.5:1、约3:1、约3.5:1、约4:1、约4.5:1、约5:1、约5.5:1或约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为至少约1:1、约1.5:1、约2:1、约2.5:1、约3:1、约3.5:1、约4:1、约4.5:1、约5:1、约5.5:1或约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为至多约1:1、约1.5:1、约2:1、约2.5:1、约3:1、约3.5:1、约4:1、约4.5:1、约5:1、约5.5:1或约6:1。
在一些实施例中，导电支架包含导电泡棉、导电气凝胶、金属离子凝胶、碳纳米管、碳纳米片、活性炭、碳布、炭黑或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含三维支架。在一些实施例中，导电支架包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、碳泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含导电气凝胶。在一些实施例中，导电气凝胶包含碳气凝胶、石墨烯气凝胶、石墨气凝胶、碳气凝胶或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含三维(3D)导电气凝胶。在一些实施例中，3D导电气凝胶包含3D碳气凝胶、3D石墨烯气凝胶、3D石墨气凝胶、3D碳气凝胶或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含金属离子凝胶。在一些实施例中，金属离子凝胶包含碳离子凝胶、石墨烯离子凝胶、石墨离子凝胶、导电聚合物、导电陶瓷或其任何组合。
在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1至约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为至少约0.2:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为至多约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1至约0.4:1、约0.2:1至约0.6:1、约0.2:1至约0.8:1、约0.2:1至约1:1、约0.2:1至约1.2:1、约0.2:1至约1.4:1、约0.2:1至约1.6:1、约0.2:1至约1.8:1、约0.2:1至约2:1、约0.2:1至约2.2:1、约0.2:1至约2.4:1、约0.4:1至约0.6:1、约0.4:1至约0.8:1、约0.4:1至约1:1、约0.4:1至约1.2:1、约0.4:1至约1.4:1、约0.4:1至约1.6:1、约0.4:1至约1.8:1、约0.4:1至约2:1、约0.4:1至约2.2:1、约0.4:1至约2.4:1、约0.6:1至约0.8:1、约0.6:1至约1:1、约0.6:1至约1.2:1、约0.6:1至约1.4:1、约0.6:1至约1.6:1、约0.6:1至约1.8:1、约0.6:1至约2:1、约0.6:1至约2.2:1、约0.6:1至约2.4:1、约0.8:1至约1:1、约0.8:1至约1.2:1、约0.8:1至约1.4:1、约0.8:1至约1.6:1、约0.8:1至约1.8:1、约0.8:1至约2:1、约0.8:1至约2.2:1、约0.8:1约2.4:1、约1:1至约1.2:1、约1:1至约1.4:1、约1:1至约1.6:1、约1:1至约1.8:1、约1:1至约2:1、约1:1至约2.2:1、约1:1至约2.4:1、约1.2:1至约1.4:1、约1.2:1至约1.6:1、约1.2:1约1.8:1、约1.2:1至约2:1、约1.2:1至约2.2:1、约1.2:1至约2.4:1、约1.4:1至约1.6:1、约1.4:1约1.8:1、约1.4:1至约2:1、约1.4:1至约2.2:1、约1.4:1至约2.4:1、约1.6:1至约1.8:1、约1.6:1约2:1、约1.6:1至约2.2:1、约1.6:1至约2.4:1、约1.8:1至约2:1、约1.8:1至约2.2:1、约1.8:1约2.4:1、约2:1至约2.2:1、约2:1至约2.4:1或约2.2:1至约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1、约0.4:1、约0.6:1、约0.8:1、约1:1、约1.2:1、约1.4:1、约1.6:1、约1.8:1、约2:1、约2.2:1或约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为至少约0.2:1、约0.4:1、约0.6:1、约0.8:1、约1:1、约1.2:1、约1.4:1、约1.6:1、约1.8:1、约2:1、约2.2:1或约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为至多约0.2:1、约0.4:1、约0.6:1、约0.8:1、约1:1、约1.2:1、约1.4:1、约1.6:1、约1.8:1、约2:1、约2.2:1或约2.4:1。
在一些实施例中，第一集流体包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。
在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g至约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至少约500F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至多约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g至约750F/g、约500F/g至约1,000F/g、约500F/g至约1,250F/g、约500F/g至约1,500F/g、约500F/g至约1,750F/g、约500F/g至约2,000F/g、约500F/g至约2,250F/g、约750F/g至约1,000F/g、约750F/g至约1,250F/g、约750F/g至约1,500F/g、约750F/g至约1,750F/g、约750F/g至约2,000F/g、约750F/g至约2,250F/g、约1,000F/g至约1,250F/g、约1,000F/g至约1,500F/g、约1,000F/g至约1,750F/g、约1,000F/g至约2,000F/g、约1,000F/g至约2,250F/g、约1,250F/g至约1,500F/g、约1,250F/g至约1,750F/g约1,250F/g至约2,000F/g、约1,250F/g至约2,250F/g、约1,500F/g至约1,750F/g、约1,500F/g至约2,000F/g、约1,500F/g至约2,250F/g、约1,750F/g至约2,000F/g、约1,750F/g至约2,250F/g或约2,000F/g至约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g、约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g或约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约1,150F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至少约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g约或2,250F/g。
在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至少约30mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至多约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g至约40mAh/g、约30mAh/g至约50mAh/g、约30mAh/g至约60mAh/g、约30mAh/g至约70mAh/g、约30mAh/g至约80mAh/g、约30mAh/g至约90mAh/g、约30mAh/g至约100mAh/g、约30mAh/g至约110mAh/g、约30mAh/g至约120mAh/g、约40mAh/g至约50mAh/g、约40mAh/g至约60mAh/g、约40mAh/g约70mAh/g、约40mAh/g至约80mAh/g、约40mAh/g至约90mAh/g、约40mAh/g至约100mAh/g、约40mAh/g至约110mAh/g、约40mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约90mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约110mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约90mAh/g、60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约110mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约90mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约110mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约90mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约110mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约90mAh/g约100mAh/g、约90mAh/g至约110mAh/g、约90mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约110mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g或约110mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g、约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至少约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。
在一些实施例中，第一电极被配置为作为正极被采用。在一些实施例中，第一电极被配置为作为负极被采用。
本文提供的第二方面是第二电极，包含氢氧化物和第二集流体。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铝、氢氧化铵、氢氧化砷、氢氧化钡、氢氧化铍、氢氧化铋(III)、氢氧化硼、氢氧化镉、氢氧化钙、氢氧化铈(III)、氢氧化铯、氢氧化铬(II)、氢氧化铬(III)、氢氧化铬(V)、氢氧化铬(VI)、氢氧化钴(II)、氢氧化钴(III)、氢氧化铜(I)、氢氧化铜(II)、氢氧化镓(II)、氢氧化镓(III)、氢氧化金(I)、氢氧化金(III)、氢氧化铟(I)、氢氧化铟(II)、氢氧化铟(III)、氢氧化铱(III)、氢氧化铁(II)、氢氧化铁(III)、氢氧化镧、氢氧化铅(II)、氢氧化铅(IV)、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化锰(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化锰(IV)、氢氧化锰(VII)、氢氧化汞(I)、氢氧化汞(II)、氢氧化钼、氢氧化钕、羟基氧化镍(nickel oxo-hydroxide)、氢氧化镍(II)、氢氧化镍(III)、氢氧化铌、氢氧化锇(IV)、氢氧化钯(II)、氢氧化钯(IV)、氢氧化铂(II)、氢氧化铂(IV)、氢氧化钚(IV)、氢氧化钾、氢氧化镭、氢氧化铷、氢氧化钌(III)、氢氧化钪、氢氧化硅、氢氧化银、氢氧化钠、氢氧化锶、氢氧化钽(V)、氢氧化锝(II)、氢氧化四甲基铵、氢氧化铊(I)、氢氧化铊(III)、氢氧化钍、氢氧化锡(II)、氢氧化锡(IV)、氢氧化钛(II)、氢氧化钛(III)、氢氧化钛(IV)、氢氧化钨(II)、铀酰氢氧化物、氢氧化钒(II)、氢氧化钒(III)、氢氧化钒(V)、氢氧化镱、氢氧化钇、氢氧化锌、氢氧化锆。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(III)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物纳米粉末、氢氧化物纳米花、氢氧化物纳米薄片、氢氧化物纳米点、氢氧化物纳米棒、氢氧化物纳米链、氢氧化物纳米纤维、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物片状纳米颗粒、氢氧化物纳米带、氢氧化物纳米环、氢氧化物纳米片或其组合。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米粉末。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(II)纳米粉末。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(III)纳米片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)纳米粉末。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)纳米薄片。
在一些实施例中，氢氧化物沉积在第二集流体上。在一些实施例中，第二集流体包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。
在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g至约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至少约500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至多约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g至约750F/g、约500F/g至约1,000F/g、约500F/g至约1,250F/g、约500F/g至约1,500F/g、约500F/g至约1,750F/g、约500F/g至约2,000F/g、约500F/g至约2,250F/g、约500F/g至约2,500F/g、约750F/g至约1,000F/g、约750F/g至约1,250F/g、约750F/g至约1,500F/g、约750F/g至约1,750F/g、约750F/g至约2,000F/g、约750F/g至约2,250F/g、约750F/g至约2,500F/g、约1,000F/g至约1,250F/g、约1,000F/g至约1,500F/g、约1,000F/g至约1,750F/g、约1,000F/g至约2,000F/g、约1,000F/g至约2,250F/g、约1,000F/g至约2,500F/g、约1,250F/g至约1,500F/g、约1,250F/g至约1,750F/g约1,250F/g至约2,000F/g、约1,250F/g至约2,250F/g、约1,250F/g至约2,500F/g、约1,500F/g至约1,750F/g、约1,500F/g至约2,000F/g、约1,500F/g至约2,250F/g、约1,500F/g至约2,500F/g、约1,750F/g至约2,000F/g、约1,750F/g至约2,250F/g、约1,750F/g至约2,500F/g、约2,000F/g至约2,250F/g、约2,000F/g至约2,500F/g或约2,250F/g至约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g、约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g、约2,250F/g或约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至少约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g、约2,250F/g或约2,500F/g。
在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至少约30mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至多约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g至约40mAh/g、约30mAh/g至约50mAh/g、约30mAh/g至约60mAh/g、约30mAh/g至约70mAh/g、约30mAh/g至约80mAh/g、约30mAh/g至约90mAh/g、约30mAh/g至约100mAh/g、约30mAh/g至约110mAh/g、约30mAh/g至约120mAh/g、约40mAh/g至约50mAh/g、约40mAh/g至约60mAh/g、约40mAh/g约70mAh/g、约40mAh/g至约80mAh/g、约40mAh/g至约90mAh/g、约40mAh/g至约100mAh/g、约40mAh/g至约110mAh/g、约40mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约90mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约110mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约90mAh/g、60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约110mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约90mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约110mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约90mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约110mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约90mAh/g约100mAh/g、约90mAh/g至约110mAh/g、约90mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约110mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g或约110mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g、约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至少约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。
在一些实施例中，第二电极被配置为作为正极被采用。在一些实施例中，第二电极被配置为作为负极被采用。
本文提供的第三方面是储能设备，包含第一电极，包含层状双氢氧化物、导电支架和第一集流体；第二电极，包含氢氧化物和第二集流体；隔膜；和电解质。在一些实施例中，第一电极包含层状双氢氧化物、导电支架和第一集流体。在一些实施例中，第一电极包含层状双氢氧化物。在一些实施例中，第一电极包含支架。在一些实施例中，第一电极包含导电支架。在一些实施例中，第一电极包含第一集流体。在一些实施例中，第二电极包含氢氧化物和第二集流体。在一些实施例中，电解质包含碱和导电剂。在一些实施例中，本公开储装能置内的电解质的具体选择使得能够实现显著高的能量密度。在一些实施例中，储能设备包含第一电极，包含层状双氢氧化物、导电支架和第一集流体；第二电极，包含氢氧化物和第二集流体；隔膜；和电解质。
在一些实施例中，储能设备通过氧化还原反应和离子吸附来存储能量。在一些实施例中，储能设备包含电池、超级电容器、混合超级电容器、赝电容器或其任何组合。
在一些实施例中，第一电极包含层状双氢氧化物、导电支架和第一集流体。在一些实施例中，层状双氢氧化物包含金属层状双氢氧化物。在一些实施例中，层状双氢氧化物包含锌基层状双氢氧化物。在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锌-铁层状双氢氧化物、铝-铁层状双氢氧化物、铬-铁层状双氢氧化物、铟-铁层状双氢氧化物、锰-铁层状双氢氧化物或其任何组合。在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锌-铁层状双氢氧化物。在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锰-铁层状双氢氧化物。
在一些实施例中，导电支架包含导电泡棉、导电气凝胶、金属离子凝胶、碳纳米管、碳纳米片、活性炭、碳布、炭黑或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含3D支架。在一些实施例中，导电支架包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、碳泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含导电气凝胶。在一些实施例中，导电气凝胶包含碳气凝胶、石墨烯气凝胶、石墨气凝胶、碳气凝胶或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含3D导电气凝胶。在一些实施例中，3D导电气凝胶包含3D碳气凝胶、3D石墨烯气凝胶、3D石墨气凝胶、3D碳气凝胶或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含金属离子凝胶。在一些实施例中，金属离子凝胶包含碳离子凝胶、石墨烯离子凝胶、石墨离子凝胶，在一些实施例中，导电支架包含金属。在一些实施例中，金属包含铝、铜、碳、铁、银、金、钯、铂、铱、铂铱合金、钌、铑、锇、钽、钛、钨、多晶硅、氧化铟锡或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含导电聚合物。在一些实施例中，导电聚合物包含反式聚乙炔、聚芴、聚噻吩、聚吡咯、聚苯撑、聚苯胺、聚(对亚苯基亚乙烯基)、聚芘聚薁(polyazulene)、聚萘、聚咔唑、聚吲哚、聚吖庚因(polyazepine)、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)、聚(对亚苯基硫醚)、聚(乙炔、聚(对亚苯基亚乙烯基)或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含导电陶瓷。在一些实施例中，导电陶瓷包含钛酸锆钡、钛酸锶、钛酸钙、钛酸镁、钛酸钙镁、钛酸锌、钛酸镧、钛酸钕、锆酸钡、锆酸钙、铌酸铅镁、铌酸铅锌、铌酸锂、锡酸钡、锡酸钙、硅酸铝镁、硅酸镁、钽酸钡、二氧化钛、氧化铌、氧化锆、二氧化硅、蓝宝石、氧化铍、钛酸锆锡或其任何组合。在一些实施例中，导电支架由两种或更多种物质或元素的合金构成。
在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1至约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为至少约0.2:1、约0.4:1、约0.6:1、约0.8:1、约1:1、约1.2:1、约1.4:1、约1.6:1、约1.8:1、约2:1、约2.2:1或约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为至多约0.2:1、约0.4:1、约0.6:1、约0.8:1、约1:1、约1.2:1、约1.4:1、约1.6:1、约1.8:1、约2:1、约2.2:1或约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1至约0.4:1、约0.2:1至约0.6:1、约0.2:1至约0.8:1、约0.2:1至约1:1、约0.2:1至约1.2:1、约0.2:1至约1.4:1、约0.2:1至约1.6:1、约0.2:1至约1.8:1、约0.2:1至约2:1、约0.2:1至约2.2:1、约0.2:1至约2.4:1、约0.4:1至约0.6:1、约0.4:1至约0.8:1、约0.4:1至约1:1、约0.4:1至约1.2:1、约0.4:1至约1.4:1、约0.4:1至约1.6:1、约0.4:1至约1.8:1、约0.4:1至约2:1、约0.4:1至约2.2:1、约0.4:1至约2.4:1、约0.6:1至约0.8:1、约0.6:1至约1:1、约0.6:1至约1.2:1、约0.6:1至约1.4:1、约0.6:1至约1.6:1、约0.6:1至约1.8:1、约0.6:1至约2:1、约0.6:1至约2.2:1、约0.6:1至约2.4:1、约0.8:1至约1:1、约0.8:1至约1.2:1、约0.8:1至约1.4:1、约0.8:1至约1.6:1、约0.8:1至约1.8:1、约0.8:1至约2:1、约0.8:1至约2.2:1、约0.8:1约2.4:1、约1:1至约1.2:1、约1:1至约1.4:1、约1:1至约1.6:1、约1:1至约1.8:1、约1:1至约2:1、约1:1至约2.2:1、约1:1至约2.4:1、约1.2:1至约1.4:1、约1.2:1至约1.6:1、约1.2:1约1.8:1、约1.2:1至约2:1、约1.2:1至约2.2:1、约1.2:1至约2.4:1、约1.4:1至约1.6:1、约1.4:1约1.8:1、约1.4:1至约2:1、约1.4:1至约2.2:1、约1.4:1至约2.4:1、约1.6:1至约1.8:1、约1.6:1约2:1、约1.6:1至约2.2:1、约1.6:1至约2.4:1、约1.8:1至约2:1、约1.8:1至约2.2:1、约1.8:1约2.4:1、约2:1至约2.2:1、约2:1至约2.4:1或约2.2:1至约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1、约0.4:1、约0.6:1、约0.8:1、约1:1、约1.2:1、约1.4:1、约1.6:1、约1.8:1、约2:1、约2.2:1或约2.4:1。
在一些实施例中，第一集流体包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。在一些实施例中，第一集流体是导电材料的网格或片，其沿着电极中的活性物质提供传导路径。
在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g至约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至少约500F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至多约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g至约750F/g、约500F/g至约1,000F/g、约500F/g至约1,250F/g、约500F/g至约1,500F/g、约500F/g至约1,750F/g、约500F/g至约2,000F/g、约500F/g至约2,250F/g、约750F/g至约1,000F/g、约750F/g至约1,250F/g、约750F/g至约1,500F/g、约750F/g至约1,750F/g、约750F/g至约2,000F/g、约750F/g至约2,250F/g、约1,000F/g至约1,250F/g、约1,000F/g至约1,500F/g、约1,000F/g至约1,750F/g、约1,000F/g至约2,000F/g、约1,000F/g至约2,250F/g、约1,250F/g至约1,500F/g、约1,250F/g至约1,750F/g约1,250F/g至约2,000F/g、约1,250F/g至约2,250F/g、约1,500F/g至约1,750F/g、约1,500F/g至约2,000F/g、约1,500F/g至约2,250F/g、约1,750F/g至约2,000F/g、约1,750F/g至约2,250F/g或约2,000F/g至约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g、约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g或约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约1,150F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至少约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g约或2,250F/g。
在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至少约30mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至多约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g至约40mAh/g、约30mAh/g至约50mAh/g、约30mAh/g至约60mAh/g、约30mAh/g至约70mAh/g、约30mAh/g至约80mAh/g、约30mAh/g至约90mAh/g、约30mAh/g至约100mAh/g、约30mAh/g至约110mAh/g、约30mAh/g至约120mAh/g、约40mAh/g至约50mAh/g、约40mAh/g至约60mAh/g、约40mAh/g约70mAh/g、约40mAh/g至约80mAh/g、约40mAh/g至约90mAh/g、约40mAh/g至约100mAh/g、约40mAh/g至约110mAh/g、约40mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约90mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约110mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约90mAh/g、60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约110mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约90mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约110mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约90mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约110mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约90mAh/g约100mAh/g、约90mAh/g至约110mAh/g、约90mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约110mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g或约110mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g、约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至少约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。
在一些实施例中，第二电极包含氢氧化物和第二集流体。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铝、氢氧化铵、氢氧化砷、氢氧化钡、氢氧化铍、氢氧化铋(III)、氢氧化硼、氢氧化镉、氢氧化钙、氢氧化铈(III)、氢氧化铯、氢氧化铬(II)、氢氧化铬(III)、氢氧化铬(V)、氢氧化铬(VI)、氢氧化钴(II)、氢氧化钴(III)、氢氧化铜(I)、氢氧化铜(II)、氢氧化镓(II)、氢氧化镓(III)、氢氧化金(I)、氢氧化金(III)、氢氧化铟(I)、氢氧化铟(II)、氢氧化铟(III)、氢氧化铱(III)、氢氧化铁(II)、氢氧化铁(III)、氢氧化镧、氢氧化铅(II)、氢氧化铅(IV)、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化锰(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化锰(IV)、氢氧化锰(VII)、氢氧化汞(I)、氢氧化汞(II)、氢氧化钼、氢氧化钕、羟基氧化镍(nickel oxo-hydroxide)、氢氧化镍(II)、氢氧化镍(III)、氢氧化铌、氢氧化锇(IV)、氢氧化钯(II)、氢氧化钯(IV)、氢氧化铂(II)、氢氧化铂(IV)、氢氧化钚(IV)、氢氧化钾、氢氧化镭、氢氧化铷、氢氧化钌(III)、氢氧化钪、氢氧化硅、氢氧化银、氢氧化钠、氢氧化锶、氢氧化钽(V)、氢氧化锝(II)、氢氧化四甲基铵、氢氧化铊(I)、氢氧化铊(III)、氢氧化钍、氢氧化锡(II)、氢氧化锡(IV)、氢氧化钛(II)、氢氧化钛(III)、氢氧化钛(IV)、氢氧化钨(II)、铀酰氢氧化物、氢氧化钒(II)、氢氧化钒(III)、氢氧化钒(V)、氢氧化镱、氢氧化钇、氢氧化锌、氢氧化锆。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米薄片、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物纳米粉末、氢氧化物纳米花、氢氧化物纳米点、氢氧化物纳米棒、氢氧化物纳米链、氢氧化物纳米纤维、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物片状纳米颗粒、氢氧化物纳米带、氢氧化物纳米环、氢氧化物纳米片或其组合。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钯(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钯(IV)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)。
在一些实施例中，氢氧化物沉积在第二集流体上。在一些实施例中，第二集流体包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。
在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g至约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至少约500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至多约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g至约750F/g、约500F/g至约1,000F/g、约500F/g至约1,250F/g、约500F/g至约1,500F/g、约500F/g至约1,750F/g、约500F/g至约2,000F/g、约500F/g至约2,250F/g、约500F/g至约2,500F/g、约750F/g至约1,000F/g、约750F/g至约1,250F/g、约750F/g至约1,500F/g、约750F/g至约1,750F/g、约750F/g至约2,000F/g、约750F/g至约2,250F/g、约750F/g至约2,500F/g、约1,000F/g至约1,250F/g、约1,000F/g至约1,500F/g、约1,000F/g至约1,750F/g、约1,000F/g至约2,000F/g、约1,000F/g至约2,250F/g、约1,000F/g至约2,500F/g、约1,250F/g至约1,500F/g、约1,250F/g至约1,750F/g约1,250F/g至约2,000F/g、约1,250F/g至约2,250F/g、约1,250F/g至约2,500F/g、约1,500F/g至约1,750F/g、约1,500F/g至约2,000F/g、约1,500F/g至约2,250F/g、约1,500F/g至约2,500F/g、约1,750F/g至约2,000F/g、约1,750F/g至约2,250F/g、约1,750F/g至约2,500F/g、约2,000F/g至约2,250F/g、约2,000F/g至约2,500F/g或约2,250F/g至约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g、约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g、约2,250F/g或约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至少约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g、约2,250F/g或约2,500F/g。
在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至少约30mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至多约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g至约40mAh/g、约30mAh/g至约50mAh/g、约30mAh/g至约60mAh/g、约30mAh/g至约70mAh/g、约30mAh/g至约80mAh/g、约30mAh/g至约90mAh/g、约30mAh/g至约100mAh/g、约30mAh/g至约110mAh/g、约30mAh/g至约120mAh/g、约40mAh/g至约50mAh/g、约40mAh/g至约60mAh/g、约40mAh/g约70mAh/g、约40mAh/g至约80mAh/g、约40mAh/g至约90mAh/g、约40mAh/g至约100mAh/g、约40mAh/g至约110mAh/g、约40mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约90mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约110mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约90mAh/g、60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约110mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约90mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约110mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约90mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约110mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约90mAh/g约100mAh/g、约90mAh/g至约110mAh/g、约90mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约110mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g或约110mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g、约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至少约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。
在一些实施例中，第一电极被配置为作为正极被采用。在一些实施例中，第一电极被配置为作为负极被采用。在一些实施例中，第一电极和第二电极是相同的。在一些实施例中，第二电极被配置为作为正极被采用。在一些实施例中，第二电极被配置为作为负极被采用。
在一些实施例中，电解质包含含水电解质。在一些实施例中，电解质包含碱性电解质。在一些实施例中，电解质包含碱。在一些实施例中，碱包含强碱。在一些实施例中，强碱包含氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡或其任何组合。在一些实施例中，强碱包含氢氧化钾。在一些实施例中，强碱包含氢氧化钙。在一些实施例中，强碱包含氢氧化钠。
在一些实施例中，导电剂包含过渡金属氧化物。在一些实施例中，过渡金属氧化物包含氧化钠(I)、氧化钾(I)、氧化亚铁(II)、氧化镁(II)、氧化钙(II)、氧化铬(III)、氧化亚铜、氧化锌(II)或其任何组合。在一些实施例中，导电剂包含半导体材料。在一些实施例中，半导体材料包含氯化亚铜、磷化镉、砷化镉、锑化镉、磷化锌、砷化锌、锑化锌、硒化镉、硫化镉、碲化镉、硒化锌、硫化锌、碲化锌、氧化锌或其任何组合。在一些实施例中，导电剂包含氧化钠(I)。在一些实施例中，导电剂包含。在一些实施例中，导电剂包含氧化亚铁(II)。在一些实施例中，导电剂包含氧化锌。
在一些实施例中，电解质的浓度为约1M至约12M。在一些实施例中，电解质的浓度为至少约1M。在一些实施例中，电解质的浓度为至多约12M。在一些实施例中，电解质的浓度为约1M至约2M、约1M至约3M、约1M至约4M、约1M至约5M、约1M至约6M、约1M至约7M、约1M至约8M、约1M至约9M、约1M至约10M、约1M至约11M、约1M至约12M、约2M至约3M、约2M至约4M、约2M至约5M、约2M至约6M、约2M至约7M、约2M至约8M、约2M至约9M、约2M至约10M、约2M至约11M、约2M至约12M、约3M至约4M、约3M至约5M、约3M至约6M、约3M至约7M、约3M至约8M、约3M至约9M、约3M至约10M、约3M至约11M、约3M至约12M、约4M至约5M、约4M至约6M、约4M至约7M、约4M至约8M、约4M至约9M、约4M至约10M、约4M至约11M、约4M至约12M、约5M至约6M、约5M至约7M、约5M至约8M、约5M至约9M、约5M至约10M、约5M至约11M、约5M至约12M、约6M至约7M、约6M至约8M、约6M至约9M、约6M至约10M、约6M至约11M、约6M至约12M、约7M至约8M、约7M至约9M、约7M至约10M、约7M至约11M、约7M至约12M、约8M至约9M、约8M至约10M、约8M至约11M、约8M至约12M、约9M至约10M、约9M至约11M、约9M至约12M、约10M至约11M、约10M至约12M或约11M至约12M。在一些实施例中，电解质的浓度为约1M、约2M、约3M、约4M、约5M、约6M、约7M、约8M、约9M、约10M、约11M或约12M。在一些实施例中，电解质的浓度为至少约2M、约3M、约4M、约5M、约6M、约7M、约8M、约9M、约10M、约11M或约12M。在一些实施例中，电解质的浓度为至多约1M、约2M、约3M、约4M、约5M、约6M、约7M、约8M、约9M、约10M或约11M。
在一些实施例中，隔膜在第一电极和第二电极之间保持设定的距离以防止电短路，同时允许离子电荷载流子的传输。在一些实施例中，隔膜包含放置在第一电极和第二电极之间的渗透膜。在一些实施例中，隔膜包含非织造纤维、聚合物膜、陶瓷、天然材料、负载的液体膜或其任何组合。在一些实施例中，非织造纤维包含棉、尼龙、聚酯、玻璃或其任何组合。在一些实施例中，聚合物膜包含聚乙烯、聚丙烯、聚(四氟乙烯)、聚氯乙烯或其任何组合。在一些实施例中，天然材料包含橡胶、石棉、木材或其任何组合。在一些实施例中，负载的液体膜包含有含在微孔隔膜中的固相和液相。在一些实施例中，隔膜包含定向取向纤维、无规取向纤维或其任何组合的片、网或垫。在一些实施例中，隔膜包含单层。在一些实施例中，隔膜包含多层。
在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为约400Wh/kg至约1,600Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为至少约400Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为至多约1,600Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为约400Wh/kg至约500Wh/kg、约400Wh/kg至约600Wh/kg、约400Wh/kg至约700Wh/kg、约400Wh/kg至约800Wh/kg、约400Wh/kg至约900Wh/kg、约400Wh/kg至约1,000Wh/kg、约400Wh/kg至约1,100Wh/kg、约400Wh/kg至约1,200Wh/kg、约400Wh/kg至约1,300Wh/kg、约400Wh/kg至约1,400Wh/kg、约400Wh/kg至约1,600Wh/kg、约500Wh/kg至约600Wh/kg、约500Wh/kg至约700Wh/kg、约500Wh/kg至约800Wh/kg、约500Wh/kg至约900Wh/kg、约500Wh/kg至约1,000Wh/kg、约500Wh/kg至约1,100Wh/kg、约500Wh/kg至约1,200Wh/kg、约500Wh/kg至约1,300Wh/kg、约500Wh/kg至约1,400Wh/kg、约500Wh/kg至约1,600Wh/kg、约600Wh/kg至约700Wh/kg、约600Wh/kg至约800Wh/kg、约600Wh/kg至约900Wh/kg、约600Wh/kg至约1,000Wh/kg、约600Wh/kg至约1,100Wh/kg、约600Wh/kg至约1,200Wh/kg、约600Wh/kg至约1,300Wh/kg、约600Wh/kg至约1,400Wh/kg、约600Wh/kg至约1,600Wh/kg、约700Wh/kg至约800Wh/kg、约700Wh/kg至约900Wh/kg、约700Wh/kg至约1,000Wh/kg、约700Wh/kg至约1,100Wh/kg、约700Wh/kg至约1,200Wh/kg、约700Wh/kg至约1,300Wh/kg、约700Wh/kg至约1,400Wh/kg、约700Wh/kg至约1,600Wh/kg、约800Wh/kg至约900Wh/kg、约800Wh/kg至约1,000Wh/kg、约800Wh/kg至约1,100Wh/kg、约800Wh/kg至约1,200Wh/kg、约800Wh/kg至约1,300Wh/kg、约800Wh/kg至约1,400Wh/kg、约800Wh/kg至约1,600Wh/kg、约900Wh/kg至约1,000Wh/kg、约900Wh/kg至约1,100Wh/kg、约900Wh/kg至约1,200Wh/kg、约900Wh/kg至约1,300Wh/kg、约900Wh/kg至约1,400Wh/kg、约900Wh/kg至约1,600Wh/kg、约1,000Wh/kg至约1,100Wh/kg、约1,000Wh/kg至约1,200Wh/kg、约1,000Wh/kg至约1,300Wh/kg、约1,000Wh/kg至约1,400Wh/kg、约1,000Wh/kg至约1,600Wh/kg、约1,100Wh/kg至约1,200Wh/kg、约1,100Wh/kg至约1,300Wh/kg、约1,100Wh/kg至约1,400Wh/kg、约1,100Wh/kg至约1,600Wh/kg、约1,200Wh/kg至约1,300Wh/kg、约1,200Wh/kg至约1,400Wh/kg、约1,200Wh/kg至约1,600Wh/kg、约1,300Wh/kg至约1,400Wh/kg、约1,300Wh/kg至约1,600Wh/kg或约1,400Wh/kg至约1,600Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为约400Wh/kg、约500Wh/kg、约600Wh/kg、约700Wh/kg、约800Wh/kg、约900Wh/kg、约1,000Wh/kg、约1,100Wh/kg、约1,200Wh/kg、约1,300Wh/kg、约1,400Wh/kg或约1,600Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为至少约500Wh/kg、约600Wh/kg、约700Wh/kg、约800Wh/kg、约900Wh/kg、约1,000Wh/kg、约1,100Wh/kg、约1,200Wh/kg、约1,300Wh/kg、约1,400Wh/kg或约1,600Wh/kg。
在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为约200Wh/kg至约800Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为至少约200Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为至多约800Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为约200Wh/kg至约250Wh/kg、约200Wh/kg至约300Wh/kg、约200Wh/kg至约350Wh/kg、约200Wh/kg至约400Wh/kg、约200Wh/kg至约450Wh/kg、约200Wh/kg至约500Wh/kg、约200Wh/kg至约550Wh/kg、约200Wh/kg至约600Wh/kg、约200Wh/kg至约650Wh/kg、约200Wh/kg至约700Wh/kg、约200Wh/kg至约800Wh/kg、约250Wh/kg至约300Wh/kg、约250Wh/kg至约350Wh/kg、约250Wh/kg至约400Wh/kg、约250Wh/kg至约450Wh/kg、约250Wh/kg至约500Wh/kg、约250Wh/kg至约550Wh/kg、约250Wh/kg至约600Wh/kg、约250Wh/kg至约650Wh/kg、约250Wh/kg至约700Wh/kg、约250Wh/kg至约800Wh/kg、约300Wh/kg至约350Wh/kg、约300Wh/kg至约400Wh/kg、约300Wh/kg至约450Wh/kg、约300Wh/kg至约500Wh/kg、约300Wh/kg至约550Wh/kg、约300Wh/kg至约600Wh/kg、约300Wh/kg至约650Wh/kg、约300Wh/kg至约700Wh/kg、约300Wh/kg至约800Wh/kg、约350Wh/kg至约400Wh/kg、约350Wh/kg至约450Wh/kg、约350Wh/kg至约500Wh/kg、约350Wh/kg至约550Wh/kg、约350Wh/kg至约600Wh/kg、约350Wh/kg至约650Wh/kg、约350Wh/kg至约700Wh/kg、约350Wh/kg至约800Wh/kg、约400Wh/kg至约450Wh/kg、约400Wh/kg至约500Wh/kg、约400Wh/kg至约550Wh/kg、约400Wh/kg至约600Wh/kg、约400Wh/kg至约650Wh/kg、约400Wh/kg至约700Wh/kg、约400Wh/kg至约800Wh/kg、约450Wh/kg至约500Wh/kg、约450Wh/kg至约550Wh/kg、约450Wh/kg至约600Wh/kg、约450Wh/kg至约650Wh/kg、约450Wh/kg至约700Wh/kg、约450Wh/kg至约800Wh/kg、约500Wh/kg至约550Wh/kg、约500Wh/kg至约600Wh/kg、约500Wh/kg至约650Wh/kg、约500Wh/kg至约700Wh/kg、约500Wh/kg至约800Wh/kg、约550Wh/kg至约600Wh/kg、约550Wh/kg至约650Wh/kg、约550Wh/kg至约700Wh/kg、约550Wh/kg至约800Wh/kg、约600Wh/kg至约650Wh/kg、约600Wh/kg至约700Wh/kg、约600Wh/kg至约800Wh/kg、约650Wh/kg至约700Wh/kg、约650Wh/kg至约800Wh/kg或约700Wh/kg至约800Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为约200Wh/kg、约250Wh/kg、约300Wh/kg、约350Wh/kg、约400Wh/kg、约450Wh/kg、约500Wh/kg、约550Wh/kg、约600Wh/kg、约650Wh/kg、约700Wh/kg或约800Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为至少约250Wh/kg、约300Wh/kg、约350Wh/kg、约400Wh/kg、约450Wh/kg、约500Wh/kg、约550Wh/kg、约600Wh/kg、约650Wh/kg、约700Wh/kg或约800Wh/kg。
在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为约300Wh/kg至约1,500Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为至少约300Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为至多约1,500Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为约300Wh/L至约400Wh/L、约300Wh/L至约500Wh/L、约300Wh/L至约600Wh/L、约300Wh/L至约700Wh/L、约300Wh/L至约800Wh/L、约300Wh/L至约900Wh/L、约300Wh/L至约1,000Wh/L、约300Wh/L至约1,100Wh/L、约300Wh/L至约1,200Wh/L、约300Wh/L至约1,300Wh/L、约300Wh/L至约1,500Wh/L、约400Wh/L至约500Wh/L、约400Wh/L至约600Wh/L、约400Wh/L至约700Wh/L、约400Wh/L至约800Wh/L、约400Wh/L至约900Wh/L、约400Wh/L至约1,000Wh/L、约400Wh/L至约1,100Wh/L、约400Wh/L至约1,200Wh/L、约400Wh/L至约1,300Wh/L、约400Wh/L至约1,500Wh/L、约500Wh/L至约600Wh/L、约500Wh/L至约700Wh/L、约500Wh/L至约800Wh/L、约500Wh/L至约900Wh/L、约500Wh/L至约1,000Wh/L、约500Wh/L至约1,100Wh/L、约500Wh/L至约1,200Wh/L、约500Wh/L至约1,300Wh/L、约500Wh/L至约1,500Wh/L、约600Wh/L至约700Wh/L、约600Wh/L至约800Wh/L、约600Wh/L至约900Wh/L、约600Wh/L至约1,000Wh/L、约600Wh/L至约1,100Wh/L、约600Wh/L至约1,200Wh/L、约600Wh/L至约1,300Wh/L、约600Wh/L至约1,500Wh/L、约700Wh/L至约800Wh/L、约700Wh/L至约900Wh/L、约700Wh/L至约1,000Wh/L、约700Wh/L至约1,100Wh/L、约700Wh/L至约1,200Wh/L、约700Wh/L至约1,300Wh/L、约700Wh/L至约1,500Wh/L、约800Wh/L至约900Wh/L、约800Wh/L至约1,000Wh/L、约800Wh/L至约1,100Wh/L、约800Wh/L至约1,200Wh/L、约800Wh/L至约1,300Wh/L、约800Wh/L至约1,500Wh/L、约900Wh/L至约1,000Wh/L、约900Wh/L至约1,100Wh/L、约900Wh/L至约1,200Wh/L、约900Wh/L至约1,300Wh/L、约900Wh/L至约1,500Wh/L、约1,000Wh/L至约1,100Wh/L、约1,000Wh/L至约1,200Wh/L、约1,000Wh/L至约1,300Wh/L、约1,000Wh/L至约1,500Wh/L、约1,100Wh/L至约1,200Wh/L、约1,100Wh/L至约1,300Wh/L、约1,100Wh/L至约1,500Wh/L、约1,200Wh/L至约1,300Wh/L、约1,200Wh/L至约1,500Wh/L或约1,300Wh/L至约1,500Wh/L。在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为约300Wh/L、约400Wh/L、约500Wh/L、约600Wh/L、约700Wh/L、约800Wh/L、约900Wh/L、约1,000Wh/L、约1,100Wh/L、约1,200Wh/L、约1,300Wh/L或约1,500Wh/L。在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为至少约400Wh/L、约500Wh/L、约600Wh/L、约700Wh/L、约800Wh/L、约900Wh/L、约1,000Wh/L、约1,100Wh/L、约1,200Wh/L、约1,300Wh/L或约1,500Wh/L。
在一些实施例中，储能设备的活性物质比功率密度为约75kW/kg至约275kW/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比功率密度为至少约75KW/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比功率密度为至多约275kW/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比功率密度为约75kW/kg至约100kW/kg、约75kW/kg至约125kW/kg、约75kW/kg至约150kW/kg、约75kW/kg至约175kW/kg、约75kW/kg至约200kW/kg、约75kW/kg至约225kW/kg、约75kW/kg至约250kW/kg、约75kW/kg至约275kW/kg、约100kW/kg至约125kW/kg、约100kW/kg至约150kW/kg、约100kW/kg至约175kW/kg、约100kW/kg至约200kW/kg、约100kW/kg至约225kW/kg、约100kW/kg至约250kW/kg、约100kW/kg至约275kW/kg、约125kW/kg至约150kW/kg、约125kW/kg至约175kW/kg、约125kW/kg至约200kW/kg、约125kW/kg至约225kW/kg、约125kW/kg至约250kW/kg、约125kW/kg至约275kW/kg、约150kW/kg至约175kW/kg、约150kW/kg至约200kW/kg、约150kW/kg至约225kW/kg、约150kW/kg至约250kW/kg、约150kW/kg至约275kW/kg、约175kW/kg至约200kW/kg、约175kW/kg至约225kW/kg、约175kW/kg至约250kW/kg、约175kW/kg至约275kW/kg、约200kW/kg至约225kW/kg、约200kW/kg至约250kW/kg、约200kW/kg至约275kW/kg、约225kW/kg至约250kW/kg、约225kW/kg至约275kW/kg或约250kW/kg至约275kW/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比功率密度为约75kW/kg、约100kW/kg、约125kW/kg、约150kW/kg、约175kW/kg、约200kW/kg、约225kW/kg、约250kW/kg或约275kW/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比功率密度为至少约100kW/kg、约125kW/kg、约150kW/kg、约175kW/kg、约200kW/kg、约225kW/kg、约250kW/kg或约275kW/kg。
在一些实施例中，储能设备的总功率密度为约30kW/kg至约120kW/kg。在一些实施例中，储能设备的总功率密度为至少约30kW/kg。在一些实施例中，储能设备的总功率密度为至多约120kW/kg。在一些实施例中，储能设备的总功率密度为约30kW/kg至约40kW/kg、约30kW/kg至约50kW/kg、约30kW/kg至约60kW/kg、约30kW/kg至约70kW/kg、约30kW/kg至约80kW/kg、约30kW/kg至约90kW/kg、约30kW/kg至约100kW/kg、约30kW/kg至约110kW/kg、约30kW/kg至约120kW/kg、约40kW/kg至约50kW/kg、约40kW/kg至约60kW/kg、约40kW/kg至约70kW/kg、约40kW/kg至约80kW/kg、约40kW/kg至约90kW/kg、约40kW/kg至约100kW/kg、约40kW/kg至约110kW/kg、约40kW/kg至约120kW/kg、约50kW/kg至约60kW/kg、约50kW/kg至约70kW/kg、约50kW/kg至约80kW/kg、约50kW/kg至约90kW/kg、约50kW/kg至约100kW/kg、约50kW/kg至约110kW/kg、约50kW/kg至约120kW/kg、约60kW/kg至约70kW/kg、约60kW/kg至约80kW/kg、约60kW/kg至约90kW/kg、约60kW/kg至约100kW/kg、约60kW/kg至约110kW/kg、约60kW/kg至约120kW/kg、约70kW/kg至约80kW/kg、约70kW/kg至约90kW/kg、约70kW/kg至约100kW/kg、约70kW/kg至约110kW/kg、约70kW/kg至约120kW/kg、约80kW/kg至约90kW/kg、约80kW/kg至约100kW/kg、约80kW/kg至约110kW/kg、约80kW/kg至约120kW/kg、约90kW/kg至约100kW/kg、约90kW/kg至约110kW/kg、约90kW/kg至约120kW/kg、约100kW/kg至约110kW/kg、约100kW/kg至约120kW/kg或约110kW/kg至约120kW/kg。在一些实施例中，储能设备的总功率密度为约30kW/kg、约40kW/kg、约50kW/kg、约60kW/kg、约70kW/kg、约80kW/kg、约90kW/kg、约100kW/kg、约110kW/kg或约120kW/kg。在一些实施例中，储能设备的总功率密度为至少约40kW/kg、约50kW/kg、约60kW/kg、约70kW/kg、约80kW/kg、约90kW/kg、约100kW/kg、约110kW/kg或约120kW/kg。
在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh至约10,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为至少约2,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为至多约10,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh至约2,500mAh、约2,000mAh至约3,000mAh、约2,000mAh至约3,500mAh、约2,000mAh至约4,000mAh、约2,000mAh至约4,500mAh、约2,000mAh至约5,000mAh、约2,000mAh至约5,500mAh、约2,000mAh至约6,000mAh、约2,000mAh至约7,000mAh、约2,000mAh至约8,000mAh、约2,000mAh至约10,000mAh、约2,500mAh至约3,000mAh、约2,500mAh至约3,500mAh、约2,500mAh至约4,000mAh、约2,500mAh至约4,500mAh、约2,500mAh至约5,000mAh、约2,500mAh至约5,500mAh、约2,500mAh至约6,000mAh、约2,500mAh至约7,000mAh、约2,500mAh至约8,000mAh、约2,500mAh至约10,000mAh、约3,000mAh至约3,500mAh、约3,000mAh至约4,000mAh、约3,000mAh至约4,500mAh、约3,000mAh至约5,000mAh、约3,000mAh至约5,500mAh、约3,000mAh至约6,000mAh、约3,000mAh至约7,000mAh、约3,000mAh至约8,000mAh、约3,000mAh至约10,000mAh、约3,500mAh至约4,000mAh、约3,500mAh至约4,500mAh、约3,500mAh至约5,000mAh、约3,500mAh至约5,500mAh、约3,500mAh至约6,000mAh、约3,500mAh至约7,000mAh、约3,500mAh至约8,000mAh、约3,500mAh至约10,000mAh、约4,000mAh至约4,500mAh、约4,000mAh至约5,000mAh、约4,000mAh至约5,500mAh、约4,000mAh至约6,000mAh、约4,000mAh至约7,000mAh、约4,000mAh至约8,000mAh、约4,000mAh至约10,000mAh、约4,500mAh至约5,000mAh、约4,500mAh至约5,500mAh、约4,500mAh至约6,000mAh、约4,500mAh至约7,000mAh、约4,500mAh至约8,000mAh、约4,500mAh至约10,000mAh、约5,000mAh至约5,500mAh、约5,000mAh至约6,000mAh、约5,000mAh至约7,000mAh、约5,000mAh至约8,000mAh、约5,000mAh至约10,000mAh、约5,500mAh至约6,000mAh、约5,500mAh至约7,000mAh、约5,500mAh至约8,000mAh、约5,500mAh至约10,000mAh、约6,000mAh至约7,000mAh、约6,000mAh至约8,000mAh、约6,000mAh至约10,000mAh、约7,000mAh至约8,000mAh、约7,000mAh至约10,000mAh或约8,000mAh至约10,000mAh的电芯比容量。在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh、约2,500mAh、约3,000mAh、约3,500mAh、约4,000mAh、约4,500mAh、约5,000mAh、约5,500mAh、约6,000mAh、约7,000mAh、约8,000mAh或约10,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为至少约2,500mAh、约3,000mAh、约3,500mAh、约4,000mAh、约4,500mAh、约5,000mAh、约5,500mAh、约6,000mAh、约7,000mAh、约8,000mAh或约10,000mAh。
在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh至约8,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为至少约2,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为至多约8,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh至约2,500mAh、约2,000mAh至约3,000mAh、约2,000mAh至约3,500mAh、约2,000mAh至约4,000mAh、约2,000mAh至约4,500mAh、约2,000mAh至约5,000mAh、约2,000mAh至约5,500mAh、约2,000mAh至约6,000mAh、约2,000mAh至约7,000mAh、约2,000mAh至约8,000mAh、约2,500mAh至约3,000mAh、约2,500mAh至约3,500mAh、约2,500mAh至约4,000mAh、约2,500mAh至约4,500mAh、约2,500mAh至约5,000mAh、约2,500mAh至约5,500mAh、约2,500mAh至约6,000mAh、约2,500mAh至约7,000mAh、约2,500mAh至约8,000mAh、约3,000mAh至约3,500mAh、约3,000mAh至约4,000mAh、约3,000mAh至约4,500mAh、约3,000mAh至约5,000mAh、约3,000mAh至约5,500mAh、约3,000mAh至约6,000mAh、约3,000mAh至约7,000mAh、约3,000mAh至约8,000mAh、约3,500mAh至约4,000mAh、约3,500mAh至约4,500mAh、约3,500mAh至约5,000mAh、约3,500mAh至约5,500mAh、约3,500mAh至约6,000mAh、约3,500mAh至约7,000mAh、约3,500mAh至约8,000mAh、约4,000mAh至约4,500mAh、约4,000mAh至约5,000mAh、约4,000mAh至约5,500mAh、约4,000mAh至约6,000mAh、约4,000mAh至约7,000mAh、约4,000mAh至约8,000mAh、约4,500mAh至约5,000mAh、约4,500mAh至约5,500mAh、约4,500mAh至约6,000mAh、约4,500mAh至约7,000mAh、约4,500mAh至约8,000mAh、约5,000mAh至约5,500mAh、约5,000mAh至约6,000mAh、约5,000mAh至约7,000mAh、约5,000mAh至约8,000mAh、约5,500mAh至约6,000mAh、约5,500mAh至约7,000mAh、约5,500mAh至约8,000mAh、约6,000mAh至约7,000mAh、约6,000mAh至约8,000mAh或约7,000mAh至约8,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh、约2,500mAh、约3,000mAh、约3,500mAh、约4,000mAh、约4,500mAh、约5,000mAh、约5,500mAh、约6,000mAh、约7,000mAh或约8,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为至少约2,500mAh、约3,000mAh、约3,500mAh、约4,000mAh、约4,500mAh、约5,000mAh、约5,500mAh、约6,000mAh、约7,000mAh或约8,000mAh。
在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g至约1,000mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为至少约250mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为至多约1,000mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g至约300mAh/g、约250mAh/g至约350mAh/g、约250mAh/g至约400mAh/g、约250mAh/g至约450mAh/g、约250mAh/g至约500mAh/g、约250mAh/g至约550mAh/g、约250mAh/g至约600mAh/g、约250mAh/g至约650mAh/g、约250mAh/g至约700mAh/g、约250mAh/g至约800mAh/g、约250mAh/g至约1,000mAh/g、约300mAh/g至约350mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约450mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约550mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约650mAh/g、约300mAh/g至约700mAh/g、约300mAh/g至约800mAh/g、约300mAh/g至约1,000mAh/g、约350mAh/g至约400mAh/g、约350mAh/g至约450mAh/g、约350mAh/g至约500mAh/g、约350mAh/g至约550mAh/g、约350mAh/g至约600mAh/g、约350mAh/g至约650mAh/g、约350mAh/g至约700mAh/g、约350mAh/g至约800mAh/g、约350mAh/g至约1,000mAh/g、约400mAh/g至约450mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约550mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约650mAh/g、约400mAh/g至约700mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约1,000mAh/g、约450mAh/g至约500mAh/g、约450mAh/g至约550mAh/g、约450mAh/g至约600mAh/g、约450mAh/g至约650mAh/g、约450mAh/g至约700mAh/g、约450mAh/g至约800mAh/g、约450mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约550mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约650mAh/g、约500mAh/g至约700mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约550mAh/g至约600mAh/g、约550mAh/g至约650mAh/g、约550mAh/g至约700mAh/g、约550mAh/g至约800mAh/g、约550mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约650mAh/g、约600mAh/g至约700mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约650mAh/g至约700mAh/g、约650mAh/g至约800mAh/g、约650mAh/g至约1,000mAh/g、约700mAh/g至约800mAh/g、约700mAh/g至约1,000mAh/g或约800mAh/g至约1,000mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g、约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g、约650mAh/g、约700mAh/g、约800mAh/g或约1,000mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为至少约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g、约650mAh/g、约700mAh/g、约800mAh/g或约1,000mAh/g。
在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g至约800mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为至少约250mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为至多约800mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g至约300mAh/g、约250mAh/g至约350mAh/g、约250mAh/g至约400mAh/g、约250mAh/g至约450mAh/g、约250mAh/g至约500mAh/g、约250mAh/g至约550mAh/g、约250mAh/g至约600mAh/g、约250mAh/g至约650mAh/g、约250mAh/g至约700mAh/g、约250mAh/g至约800mAh/g、约300mAh/g至约350mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约450mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约550mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约650mAh/g、约300mAh/g至约700mAh/g、约300mAh/g至约800mAh/g、约350mAh/g至约400mAh/g、约350mAh/g至约450mAh/g、约350mAh/g至约500mAh/g、约350mAh/g至约550mAh/g、约350mAh/g至约600mAh/g、约350mAh/g至约650mAh/g、约350mAh/g至约700mAh/g、约350mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约450mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约550mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约650mAh/g、约400mAh/g至约700mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约450mAh/g至约500mAh/g、约450mAh/g至约550mAh/g、约450mAh/g至约600mAh/g、约450mAh/g至约650mAh/g、约450mAh/g至约700mAh/g、约450mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约550mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约650mAh/g、约500mAh/g至约700mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约550mAh/g至约600mAh/g、约550mAh/g至约650mAh/g、约550mAh/g至约700mAh/g、约550mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约650mAh/g、约600mAh/g至约700mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约650mAh/g至约700mAh/g、约650mAh/g至约800mAh/g或约700mAh/g至约800mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g、约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g、约650mAh/g、约700mAh/g或约800mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为至少约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g、约650mAh/g、约700mAh/g或约800mAh/g。
在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为约150mAh/g至约650mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为至少约150mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为至多约650mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为约150mAh/g至约200mAh/g、约150mAh/g至约250mAh/g、约150mAh/g至约300mAh/g、约150mAh/g至约350mAh/g、约150mAh/g至约400mAh/g、约150mAh/g至约450mAh/g、约150mAh/g至约500mAh/g、约150mAh/g至约550mAh/g、约150mAh/g至约600mAh/g、约150mAh/g至约650mAh/g、约200mAh/g至约250mAh/g、约200mAh/g至约300mAh/g、约200mAh/g至约350mAh/g、约200mAh/g至约400mAh/g、约200mAh/g至约450mAh/g、约200mAh/g至约500mAh/g、约200mAh/g至约550mAh/g、约200mAh/g至约600mAh/g、约200mAh/g至约650mAh/g、约250mAh/g至约300mAh/g、约250mAh/g至约350mAh/g、约250mAh/g至约400mAh/g、约250mAh/g至约450mAh/g、约250mAh/g至约500mAh/g、约250mAh/g至约550mAh/g、约250mAh/g至约600mAh/g、约250mAh/g至约650mAh/g、约300mAh/g至约350mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约450mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约550mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约650mAh/g、约350mAh/g至约400mAh/g、约350mAh/g至约450mAh/g、约350mAh/g至约500mAh/g、约350mAh/g至约550mAh/g、约350mAh/g至约600mAh/g、约350mAh/g至约650mAh/g、约400mAh/g至约450mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约550mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约650mAh/g、约450mAh/g至约500mAh/g、约450mAh/g至约550mAh/g、约450mAh/g至约600mAh/g、约450mAh/g至约650mAh/g、约500mAh/g至约550mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约650mAh/g、约550mAh/g至约600mAh/g、约550mAh/g至约650mAh/g或约600mAh/g至约650mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为约150mAh/g、约200mAh/g、约250mAh/g、约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g或约650mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为至少约200mAh/g、约250mAh/g、约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g或约650mAh/g。
在一些实施例中，储能设备在约60C的放电速率下的质量容量为约90mAh/g至约350mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约60C的放电速率下的质量容量为至少约90mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约60C的放电速率下的质量容量为至多约350mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约60C的放电速率下的质量容量为约90mAh/g至约100mAh/g、约90mAh/g至约125mAh/g、约90mAh/g至约150mAh/g、约90mAh/g至约175mAh/g、约90mAh/g至约200mAh/g、约90mAh/g至约225mAh/g、约90mAh/g至约250mAh/g、约90mAh/g至约275mAh/g、约90mAh/g至约300mAh/g、约90mAh/g至约325mAh/g、约90mAh/g至约350mAh/g、约100mAh/g至约125mAh/g、约100mAh/g至约150mAh/g、约100mAh/g至约175mAh/g、约100mAh/g至约200mAh/g、约100mAh/g至约225mAh/g、约100mAh/g至约250mAh/g、约100mAh/g至约275mAh/g、约100mAh/g至约300mAh/g、约100mAh/g至约325mAh/g、约100mAh/g至约350mAh/g、约125mAh/g至约150mAh/g、约125mAh/g至约175mAh/g、约125mAh/g至约200mAh/g、约125mAh/g至约225mAh/g、约125mAh/g至约250mAh/g、约125mAh/g至约275mAh/g、约125mAh/g至约300mAh/g、约125mAh/g至约325mAh/g、约125mAh/g至约350mAh/g、约150mAh/g至约175mAh/g、约150mAh/g至约200mAh/g、约150mAh/g至约225mAh/g、约150mAh/g至约250mAh/g、约150mAh/g至约275mAh/g、约150mAh/g至约300mAh/g、约150mAh/g至约325mAh/g、约150mAh/g至约350mAh/g、约175mAh/g至约200mAh/g、约175mAh/g至约225mAh/g、约175mAh/g至约250mAh/g、约175mAh/g至约275mAh/g、约175mAh/g至约300mAh/g、约175mAh/g至约325mAh/g、约175mAh/g至约350mAh/g、约200mAh/g至约225mAh/g、约200mAh/g至约250mAh/g、约200mAh/g至约275mAh/g、约200mAh/g至约300mAh/g、约200mAh/g至约325mAh/g、约200mAh/g至约350mAh/g、约225mAh/g至约250mAh/g、约225mAh/g至约275mAh/g、约225mAh/g至约300mAh/g、约225mAh/g至约325mAh/g、约225mAh/g至约350mAh/g、约250mAh/g至约275mAh/g、约250mAh/g至约300mAh/g、约250mAh/g至约325mAh/g、约250mAh/g至约350mAh/g、约275mAh/g至约300mAh/g、约275mAh/g至约325mAh/g、约275mAh/g至约350mAh/g、约300mAh/g至约325mAh/g、约300mAh/g至约350mAh/g或约325mAh/g至约350mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约60C的放电速率下的质量容量为约90mAh/g、约100mAh/g、约125mAh/g、约150mAh/g、约175mAh/g、约200mAh/g、约225mAh/g、约250mAh/g、约275mAh/g、约300mAh/g、约325mAh/g或约350mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约60C的放电速率下的质量容量为至少约100mAh/g、约125mAh/g、约150mAh/g、约175mAh/g、约200mAh/g、约225mAh/g、约250mAh/g、约275mAh/g、约300mAh/g、约325mAh/g或约350mAh/g。
在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为约60mAh/g至约240mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为至少约60mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为至多约240mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约140mAh/g、约60mAh/g至约160mAh/g、约60mAh/g至约180mAh/g、约60mAh/g至约200mAh/g、约60mAh/g至约220mAh/g、约60mAh/g至约240mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约140mAh/g、约80mAh/g至约160mAh/g、约80mAh/g至约180mAh/g、约80mAh/g至约200mAh/g、约80mAh/g至约220mAh/g、约80mAh/g至约240mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约140mAh/g、约100mAh/g至约160mAh/g、约100mAh/g至约180mAh/g、约100mAh/g至约200mAh/g、约100mAh/g至约220mAh/g、约100mAh/g至约240mAh/g、约120mAh/g至约140mAh/g、约120mAh/g至约160mAh/g、约120mAh/g至约180mAh/g、约120mAh/g至约200mAh/g、约120mAh/g至约220mAh/g、约120mAh/g至约240mAh/g、约140mAh/g至约160mAh/g、约140mAh/g至约180mAh/g、约140mAh/g至约200mAh/g、约140mAh/g至约220mAh/g、约140mAh/g至约240mAh/g、约160mAh/g至约180mAh/g、约160mAh/g至约200mAh/g、约160mAh/g至约220mAh/g、约160mAh/g至约240mAh/g、约180mAh/g至约200mAh/g、约180mAh/g至约220mAh/g、约180mAh/g至约240mAh/g、约200mAh/g至约220mAh/g、约200mAh/g至约240mAh/g或约220mAh/g至约240mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为约60mAh/g、约80mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约140mAh/g、约160mAh/g、约180mAh/g、约200mAh/g、约220mAh/g或约240mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为至少约80mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约140mAh/g、约160mAh/g、约180mAh/g、约200mAh/g、约220mAh/g或约240mAh/g。
在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为约45mAh/g至约180mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为至少约45mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为至多约180mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为约45mAh/g至约50mAh/g、约45mAh/g至约60mAh/g、约45mAh/g至约70mAh/g、约45mAh/g至约80mAh/g、约45mAh/g至约100mAh/g、约45mAh/g至约120mAh/g、约45mAh/g至约130mAh/g、约45mAh/g至约140mAh/g、约45mAh/g至约150mAh/g、约45mAh/g至约160mAh/g、约45mAh/g至约180mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约130mAh/g、约50mAh/g至约140mAh/g、约50mAh/g至约150mAh/g、约50mAh/g至约160mAh/g、约50mAh/g至约180mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约130mAh/g、约60mAh/g至约140mAh/g、约60mAh/g至约150mAh/g、约60mAh/g至约160mAh/g、约60mAh/g至约180mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约130mAh/g、约70mAh/g至约140mAh/g、约70mAh/g至约150mAh/g、约70mAh/g至约160mAh/g、约70mAh/g至约180mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约130mAh/g、约80mAh/g至约140mAh/g、约80mAh/g至约150mAh/g、约80mAh/g至约160mAh/g、约80mAh/g至约180mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约130mAh/g、约100mAh/g至约140mAh/g、约100mAh/g至约150mAh/g、约100mAh/g至约160mAh/g、约100mAh/g至约180mAh/g、约120mAh/g至约130mAh/g、约120mAh/g至约140mAh/g、约120mAh/g至约150mAh/g、约120mAh/g至约160mAh/g、约120mAh/g至约180mAh/g、约130mAh/g至约140mAh/g、约130mAh/g至约150mAh/g、约130mAh/g至约160mAh/g、约130mAh/g至约180mAh/g、约140mAh/g至约150mAh/g、约140mAh/g至约160mAh/g、约140mAh/g至约180mAh/g、约150mAh/g至约160mAh/g、约150mAh/g至约180mAh/g或约160mAh/g至约180mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为约45mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约130mAh/g、约140mAh/g、约150mAh/g、约160mAh/g或约180mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为至少约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约130mAh/g、约140mAh/g、约150mAh/g、约160mAh/g或约180mAh/g。
在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为约35mAh/g至约150mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为至少约35mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为至多约150mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为约35mAh/g至约40mAh/g、约35mAh/g至约50mAh/g、约35mAh/g至约60mAh/g、约35mAh/g至约70mAh/g、约35mAh/g至约80mAh/g、约35mAh/g至约90mAh/g、约35mAh/g至约100mAh/g、约35mAh/g至约120mAh/g、约35mAh/g至约130mAh/g、约35mAh/g至约140mAh/g、约35mAh/g至约150mAh/g、约40mAh/g至约50mAh/g、约40mAh/g至约60mAh/g、约40mAh/g至约70mAh/g、约40mAh/g至约80mAh/g、约40mAh/g至约90mAh/g、约40mAh/g至约100mAh/g、约40mAh/g至约120mAh/g、约40mAh/g至约130mAh/g、约40mAh/g至约140mAh/g、约40mAh/g至约150mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约90mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约130mAh/g、约50mAh/g至约140mAh/g、约50mAh/g至约150mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约90mAh/g、约60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约130mAh/g、约60mAh/g至约140mAh/g、约60mAh/g至约150mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约90mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约130mAh/g、约70mAh/g至约140mAh/g、约70mAh/g至约150mAh/g、约80mAh/g至约90mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约130mAh/g、约80mAh/g至约140mAh/g、约80mAh/g至约150mAh/g、约90mAh/g至约100mAh/g、约90mAh/g至约120mAh/g、约90mAh/g至约130mAh/g、约90mAh/g至约140mAh/g、约90mAh/g至约150mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约130mAh/g、约100mAh/g至约140mAh/g、约100mAh/g至约150mAh/g、约120mAh/g至约130mAh/g、约120mAh/g至约140mAh/g、约120mAh/g至约150mAh/g、约130mAh/g至约140mAh/g、约130mAh/g至约150mAh/g或约140mAh/g至约150mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为约35mAh/g、约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约130mAh/g、约140mAh/g或约150mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为至少约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约130mAh/g、约140mAh/g或约150mAh/g。
在一些实施例中，储能设备的充电速率为约5mAh/g至约1,600mAh/g。在一些实施例中，储能设备的充电速率为至少约5mAh/g。在一些实施例中，储能设备的充电速率为至多约1,600mAh/g。在一些实施例中，储能设备的充电速率为约5mAh/g至约10mAh/g、约5mAh/g至约20mAh/g、约5mAh/g至约50mAh/g、约5mAh/g至约100mAh/g、约5mAh/g至约200mAh/g、约5mAh/g至约500mAh/g、约5mAh/g至约1,000mAh/g、约5mAh/g至约1,200mAh/g、约5mAh/g至约1,600mAh/g、约10mAh/g至约20mAh/g、约10mAh/g至约50mAh/g、约10mAh/g至约100mAh/g、约10mAh/g至约200mAh/g、约10mAh/g至约500mAh/g、约10mAh/g至约1,000mAh/g、约10mAh/g至约1,200mAh/g、约10mAh/g至约1,600mAh/g、约20mAh/g至约50mAh/g、约20mAh/g至约100mAh/g、约20mAh/g至约200mAh/g、约20mAh/g至约500mAh/g、约20mAh/g至约1,000mAh/g、约20mAh/g至约1,200mAh/g、约20mAh/g至约1,600mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约200mAh/g、约50mAh/g至约500mAh/g、约50mAh/g至约1,000mAh/g、约50mAh/g至约1,200mAh/g、约50mAh/g至约1,600mAh/g、约100mAh/g至约200mAh/g、约100mAh/g至约500mAh/g、约100mAh/g至约1,000mAh/g、约100mAh/g至约1,200mAh/g、约100mAh/g至约1,600mAh/g、约200mAh/g至约500mAh/g、约200mAh/g至约1,000mAh/g、约200mAh/g至约1,200mAh/g、约200mAh/g至约1,600mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,200mAh/g、约500mAh/g至约1,600mAh/g、约1,000mAh/g至约1,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,600mAh/g或约1,200mAh/g至约1,600mAh/g。在一些实施例中，储能设备的充电速率为约5mAh/g、约10mAh/g、约20mAh/g、约50mAh/g、约100mAh/g、约200mAh/g、约500mAh/g、约1,000mAh/g、约1,200mAh/g或约1,600mAh/g。在一些实施例中，储能设备的充电速率为至少约10mAh/g、约20mAh/g、约50mAh/g、约100mAh/g、约200mAh/g、约500mAh/g、约1,000mAh/g、约1,200mAh/g或约1,600mAh/g。
在一些实施例中，储能设备的充电时间为约1.5秒至约3,000秒。在一些实施例中，储能设备的充电时间为至少约1.5秒。在一些实施例中，储能设备的充电时间为至多约3,000秒。在一些实施例中，储能设备的充电时间为约1.5秒至约2秒、约1.5秒至约5秒、约1.5秒至约10秒、约1.5秒至约20秒、约1.5秒至约50秒、约1.5秒至约100秒、约1.5秒至约200秒、约1.5秒至约500秒、约1.5秒至约1,000秒、约1.5秒至约2,000秒、约1.5秒至约3,000秒、约2秒至约5秒、约2秒至约10秒、约2秒至约20秒、约2秒至约50秒、约2秒至约100秒、约2秒至约200秒、约2秒至约500秒、约2秒至约1,000秒、约2秒至约2,000秒、约2秒至约3,000秒、约5秒至约10秒、约5秒至约20秒、约5秒至约50秒、约5秒至约100秒、约5秒至约200秒、约5秒至约500秒、约5秒至约1,000秒、约5秒至约2,000秒、约5秒至约3,000秒、约10秒至约20秒、约10秒至约50秒、约10秒至约100秒、约10秒至约200秒、约10秒至约500秒、约10秒至约1,000秒、约10秒至约2,000秒、约10秒至约3,000秒、约20秒至约50秒、约20秒至约100秒、约20秒至约200秒、约20秒至约500秒、约20秒至约1,000秒、约20秒至约2,000秒、约20秒至约3,000秒、约50秒至约100秒、约50秒至约200秒、约50秒至约500秒、约50秒至约1,000秒、约50秒至约2,000秒、约50秒至约3,000秒、约100秒至约200秒、约100秒至约500秒、约100秒至约1,000秒、约100秒至约2,000秒、约100秒至约3,000秒、约200秒至约500秒、约200秒至约1,000秒、约200秒至约2,000秒、约200秒至约3,000秒、约500秒至约1,000秒、约500秒至约2,000秒、约500秒至约3,000秒、约1,000秒至约2,000秒、约1,000秒至约3,000秒或约2,000秒至约3,000秒。在一些实施例中，储能设备的充电时间为约1.5秒、约2秒、约5秒、约10秒、约20秒、约50秒、约100秒、约200秒、约500秒、约1,000秒、约2,000秒或约3,000秒。在一些实施例中，储能设备的充电时间为至多约1.5秒、约2秒、约5秒、约10秒、约20秒、约50秒、约100秒、约200秒、约500秒、约1,000秒、约2,000秒或约3,000秒。
在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为约2毫欧姆至约10毫欧姆。在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为至少约2毫欧姆。在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为至多约10毫欧姆。在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为约2毫欧姆至约2.5毫欧姆、约2毫欧姆至约3毫欧姆、约2毫欧姆至约3.5毫欧姆、约2毫欧姆至约4毫欧姆、约2毫欧姆至约4.5毫欧姆、约2毫欧姆至约5毫欧姆、约2毫欧姆至约6毫欧姆、约2毫欧姆至约7毫欧姆、约2毫欧姆至约8毫欧姆、约2毫欧姆至约10毫欧姆、约2.5毫欧姆至约3毫欧姆、约2.5毫欧姆至约3.5毫欧姆、约2.5毫欧姆至约4毫欧姆、约2.5毫欧姆至约4.5毫欧姆、约2.5毫欧姆至约5毫欧姆、约2.5毫欧姆至约6毫欧姆、约2.5毫欧姆至约7毫欧姆、约2.5毫欧姆至约8毫欧姆、约2.5毫欧姆至约10毫欧姆、约3毫欧姆至约3.5毫欧姆、约3毫欧姆至约4毫欧姆、约3毫欧姆至约4.5毫欧姆、约3毫欧姆至约5毫欧姆、约3毫欧姆至约6毫欧姆、约3毫欧姆至约7毫欧姆、约3毫欧姆至约8毫欧姆、约3毫欧姆至约10毫欧姆、约3.5毫欧姆至约4毫欧姆、约3.5毫欧姆至约4.5毫欧姆、约3.5毫欧姆至约5毫欧姆、约3.5毫欧姆至约6毫欧姆、约3.5毫欧姆至约7毫欧姆、约3.5毫欧姆至约8毫欧姆、约3.5毫欧姆至约10毫欧姆、约4毫欧姆至约4.5毫欧姆、约4毫欧姆至约5毫欧姆、约4毫欧姆至约6毫欧姆、约4毫欧姆至约7毫欧姆、约4毫欧姆至约8毫欧姆、约4毫欧姆至约10毫欧姆、约4.5毫欧姆至约5毫欧姆、约4.5毫欧姆至约6毫欧姆、约4.5毫欧姆至约7毫欧姆、约4.5毫欧姆至约8毫欧姆、约4.5毫欧姆至约10毫欧姆、约5毫欧姆至约6毫欧姆、约5毫欧姆至约7毫欧姆、约5毫欧姆至约8毫欧姆、约5毫欧姆至约10毫欧姆、约6毫欧姆至约7毫欧姆、约6毫欧姆至约8毫欧姆、约6毫欧姆至约10毫欧姆、约7毫欧姆至约8毫欧姆、约7毫欧姆至约10毫欧姆或约8毫欧姆至约10毫欧姆。在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为约2毫欧姆、约2.5毫欧姆、约3毫欧姆、约3.5毫欧姆、约4毫欧姆、约4.5毫欧姆、约5毫欧姆、约6毫欧姆、约7毫欧姆、约8毫欧姆或约10毫欧姆。在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为至多约2毫欧姆、约2.5毫欧姆、约3毫欧姆、约3.5毫欧姆、约4毫欧姆、约4.5毫欧姆、约5毫欧姆、约6毫欧姆、约7毫欧姆或约8毫欧姆。
在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为约500循环至约10,000循环。在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为至少约500循环。在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为至多约10,000循环。在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为约500循环至约600循环、约500循环至约700循环、约500循环至约800循环、约500循环至约1,000循环、约500循环至约2,000循环、约500循环至约3,000循环、约500循环至约5,000循环、约500循环至约6,000循环、约500循环至约7,000循环、约500循环至约8,000循环、约500循环至约10,000循环、约600循环至约700循环、约600循环至约800循环、约600循环至约1,000循环、约600循环至约2,000循环、约600循环至约3,000循环、约600循环至约5,000循环、约600循环至约6,000循环、约600循环至约7,000循环、约600循环至约8,000循环、约600循环至约10,000循环、约700循环至约800循环、约700循环至约1,000循环、约700循环至约2,000循环、约700循环至约3,000循环、约700循环至约5,000循环、约700循环至约6,000循环、约700循环至约7,000循环、约700循环至约8,000循环、约700循环至约10,000循环、约800循环至约1,000循环、约800循环至约2,000循环、约800循环至约3,000循环、约800循环至约5,000循环、约800循环至约6,000循环、约800循环至约7,000循环、约800循环至约8,000循环、约800循环至约10,000循环、约1,000循环至约2,000循环、约1,000循环至约3,000循环、约1,000循环至约5,000循环、约1,000循环至约6,000循环、约1,000循环至约7,000循环、约1,000循环至约8,000循环、约1,000循环至约10,000循环、约2,000循环至约3,000循环、约2,000循环至约5,000循环、约2,000循环至约6,000循环、约2,000循环至约7,000循环、约2,000循环至约8,000循环、约2,000循环至约10,000循环、约3,000循环至约5,000循环、约3,000循环至约6,000循环、约3,000循环至约7,000循环、约3,000循环至约8,000循环、约3,000循环至约10,000循环、约5,000循环至约6,000循环、约5,000循环至约7,000循环、约5,000循环至约8,000循环、约5,000循环至约10,000循环、约6,000循环至约7,000循环、约6,000循环至约8,000循环、约6,000循环至约10,000循环、约7,000循环至约8,000循环、约7,000循环至约10,000循环或约8,000循环至约10,000循环。在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为约500循环、约600循环、约700循环、约800循环、约1,000循环、约2,000循环、约3,000循环、约5,000循环、约6,000循环、约7,000循环、约8,000循环或约10,000循环。在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为至少约600循环、约700循环、约800循环、约1,000循环、约2,000循环、约3,000循环、约5,000循环、约6,000循环、约7,000循环、约8,000循环或约10,000循环。
在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少约10％至约30％。在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少至少约10％。在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少至多约30％。在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少约10％至约12％、约10％至约14％、约10％至约16％、约10％至约18％、约10％至约20％、约10％至约22％、约10％至约24％、约10％至约26％、约10％至约28％、约10％至约30％、约12％至约14％、约12％至约16％、约12％至约18％、约12％至约20％、约12％至约22％、约12％至约24％、约12％至约26％、约12％至约28％、约12％至约30％、约14％至约16％、约14％至约18％、约14％至约20％、约14％至约22％、约14％至约24％、约14％至约26％、约14％至约28％、约14％至约30％、约16％至约18％、约16％至约20％、约16％至约22％、约16％至约24％、约16％至约26％、约16％至约28％、约16％至约30％、约18％至约20％、约18％至约22％、约18％至约24％、约18％至约26％、约18％至约28％、约18％至约30％、约20％至约22％、约20％至约24％、约20％至约26％、约20％至约28％、约20％至约30％、约22％至约24％、约22％至约26％、约22％至约28％、约22％至约30％、约24％至约26％、约24％至约28％、约24％至约30％、约26％至约28％、约26％至约30％或约28％至约30％。在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约22％、约24％、约26％、约28％或约30％。在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少至多约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约22％、约24％、约26％或约28％。
在一些实施例中，储能设备不是锂离子电池、锂离子电容器、碱性超级电容器、镍镉电池、镍金属氢化物电池、铅酸电池或镍锌电池。
本文提供的第四方面是一种形成电极的方法，包含：形成溶液；搅拌溶液；加热溶液；冷却溶液；用溶剂冲洗溶液；并且冷冻干燥溶液。
在一些实施例中，溶液包含还原剂、潮解物和碳基分散体。在一些实施例中，还原剂包含脲、柠檬酸、抗坏血酸、水合肼、氢醌、硼氢化钠、溴化氢、碘化氢或其任何组合。在一些实施例中，强碱包含脲。在一些实施例中，强碱包含氢醌。在一些实施例中，强碱包含抗坏血酸。
在一些实施例中，潮解物包含盐。在一些实施例中，盐包含柠檬酸盐、氯盐、硝酸盐或其任何组合。在一些实施例中，柠檬酸盐包含柠檬酸锌(III)、柠檬酸锌(III)六水合物、柠檬酸铁(III)、柠檬酸铁(III)六水合物或其任何组合。在一些实施例中，氯盐包含氯化锌(III)、硝酸锌(III)六水合物、氯化铁(III)、氯化铁(III)六水合物或其任何组合。在一些实施例中，硝酸盐包含硝酸锌(III)、硝酸锌(III)六水合物、硝酸铁(III)、硝酸铁(III)六水合物或其任何组合。在一些实施例中，潮解物包含硝酸锌(III)六水合物。在一些实施例中，潮解物包含硝酸铁(III)。在一些实施例中，潮解物包含硝酸锌(II)六水合物。
在一些实施例中，碳基分散体包含碳基泡棉、碳基气凝胶、碳基水凝胶、碳基离子凝胶、碳基纳米片、碳纳米管、碳纳米片、碳布或其任何组合。在一些实施例中，碳基分散体包含石墨烯、氧化石墨烯、石墨、活性炭、炭黑或其任何组合。在一些实施例中，碳基分散体包含碳纳米管。在一些实施例中，碳基分散体包含氧化石墨烯。在一些实施例中，碳基分散体包含活性炭。
在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为约30％至约90％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为至少约30％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为至多约90％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为约30％至约35％、约30％至约40％、约30％至约45％、约30％至约50％、约30％至约55％、约30％至约60％、约30％至约65％、约30％至约70％、约30％至约75％、约30％至约80％、约30％至约90％、约35％至约40％、约35％至约45％、约35％至约50％、约35％至约55％、约35％至约60％、约35％至约65％、约35％至约70％、约35％至约75％、约35％至约80％、约35％至约90％、约40％至约45％、约40％至约50％、约40％至约55％、约40％至约60％、约40％至约65％、约40％至约70％、约40％至约75％、约40％至约80％、约40％至约90％、约45％至约50％、约45％至约55％、约45％至约60％、约45％至约65％、约45％至约70％、约45％至约75％、约45％至约80％、约45％至约90％、约50％至约55％、约50％至约60％、约50％至约65％、约50％至约70％、约50％至约75％、约50％至约80％、约50％至约90％、约55％至约60％、约55％至约65％、约55％至约70％、约55％至约75％、约55％至约80％、约55％至约90％、约60％至约65％、约60％至约70％、约60％至约75％、约60％至约80％、约60％至约90％、约65％至约70％、约65％至约75％、约65％至约80％、约65％至约90％、约70％至约75％、约70％至约80％、约70％至约90％、约75％至约80％、约75％至约90％或约80％至约90％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％或约90％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为至少约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％或约90％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为至多约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％或约80％。
在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为约5％至约30％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为至少约5％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为至多约30％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为约5％至约6％、约5％至约8％、约5％至约10％、约5％至约12％、约5％至约14％、约5％至约16％、约5％至约18％、约5％至约20％、约5％至约25％、约5％至约30％、约6％至约8％、约6％至约10％、约6％至约12％、约6％至约14％、约6％至约16％、约6％至约18％、约6％至约20％、约6％至约25％、约6％至约30％、约8％至约10％、约8％至约12％、约8％至约14％、约8％至约16％、约8％至约18％、约8％至约20％、约8％至约25％、约8％至约30％、约10％至约12％、约10％至约14％、约10％至约16％、约10％至约18％、约10％至约20％、约10％至约25％、约10％至约30％、约12％至约14％、约12％至约16％、约12％至约18％、约12％至约20％、约12％至约25％、约12％至约30％、约14％至约16％、约14％至约18％、约14％至约20％、约14％至约25％、约14％至约30％、约16％至约18％、约16％至约20％、约16％至约25％、约16％至约30％、约18％至约20％、约18％至约25％、约18％至约30％、约20％至约25％、约20％至约30％或约25％至约30％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为约5％、约6％、约8％、约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约25％或约30％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为至少约6％、约8％、约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约25％或约30％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为至多约5％、约6％、约8％、约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％或约25％。
在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为约10％至约40％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为至少约10％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为至多约40％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为约10％至约12％、约10％至约14％、约10％至约16％、约10％至约18％、约10％至约20％、约10％至约24％、约10％至约28％、约10％至约32％、约10％至约34％、约10％至约40％、约12％至约14％、约12％至约16％、约12％至约18％、约12％至约20％、约12％至约24％、约12％至约28％、约12％至约32％、约12％至约34％、约12％至约40％、约14％至约16％、约14％至约18％、约14％至约20％、约14％至约24％、约14％至约28％、约14％至约32％、约14％至约34％、约14％至约40％、约16％至约18％、约16％至约20％、约16％至约24％、约16％至约28％、约16％至约32％、约16％至约34％、约16％至约40％、约18％至约20％、约18％至约24％、约18％至约28％、约18％至约32％、约18％至约34％、约18％至约40％、约20％至约24％、约20％至约28％、约20％至约32％、约20％至约34％、约20％至约40％、约24％至约28％、约24％至约32％、约24％至约34％、约24％至约40％、约28％至约32％、约28％至约34％、约28％至约40％、约32％至约34％、约32％至约40％或约34％至约40％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约24％、约28％、约32％、约34％或约40％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为至少约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约24％、约28％、约32％、约34％或约40％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为至多约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约24％、约28％、约32％或约34％。
在一些实施例中，溶液被搅拌约10分钟至约60分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌至少约10分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌至多约60分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌约10分钟至约15分钟、约10分钟至约20分钟、约10分钟至约25分钟、约10分钟至约30分钟、约10分钟至约35分钟、约10分钟至约40分钟、约10分钟至约45分钟、约10分钟至约50分钟、约10分钟至约55分钟、约10分钟至约60分钟、约15分钟至约20分钟、约15分钟至约25分钟、约15分钟至约30分钟、约15分钟至约35分钟、约15分钟至约40分钟、约15分钟至约45分钟、约15分钟至约50分钟、约15分钟至约55分钟、约15分钟至约60分钟、约20分钟至约25分钟、约20分钟至约30分钟、约20分钟至约35分钟、约20分钟至约40分钟、约20分钟至约45分钟、约20分钟至约50分钟、约20分钟至约55分钟、约20分钟至约60分钟、约25分钟至约30分钟、约25分钟至约35分钟、约25分钟至约40分钟、约25分钟至约45分钟、约25分钟至约50分钟、约25分钟至约55分钟、约25分钟至约60分钟、约30分钟至约35分钟、约30分钟至约40分钟、约30分钟至约45分钟、约30分钟至约50分钟、约30分钟至约55分钟、约30分钟至约60分钟、约35分钟至约40分钟、约35分钟至约45分钟、约35分钟至约50分钟、约35分钟至约55分钟、约35分钟至约60分钟、约40分钟至约45分钟、约40分钟至约50分钟、约40分钟至约55分钟、约40分钟至约60分钟、约45分钟至约50分钟、约45分钟至约55分钟、约45分钟至约60分钟、约50分钟至约55分钟、约50分钟至约60分钟或约55分钟至约60分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌约10分钟、约15分钟、约20分钟、约25分钟、约30分钟、约35分钟、约40分钟、约45分钟、约50分钟、约55分钟或约60分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌至少约15分钟、约20分钟、约25分钟、约30分钟、约35分钟、约40分钟、约45分钟、约50分钟、约55分钟或约60分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌至多约10分钟、约15分钟、约20分钟、约25分钟、约30分钟、约35分钟、约40分钟、约45分钟、约50分钟或约55分钟。
在一些实施例中，溶液被高压釜、烘箱、炉火、本生灯、热交换器、微波炉或其任何组合加热。
在一些实施例中，溶液在约80℃至约360℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在至少约80℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在至多约360℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在约80℃至约100℃、约80℃至约120℃、约80℃至约140℃、约80℃至约160℃、约80℃至约180℃、约80℃至约200℃、约80℃至约240℃、约80℃至约280℃、约80℃至约320℃、约80℃至约360℃、约100℃至约120℃、约100℃至约140℃、约100℃至约160℃、约100℃至约180℃、约100℃至约200℃、约100℃至约240℃、约100℃至约280℃、约100℃至约320℃、约100℃至约360℃、约120℃至约140℃、约120℃至约160℃、约120℃至约180℃、约120℃至约200℃、约120℃至约240℃、约120℃至约280℃、约120℃至约320℃、约120℃至约360℃、约140℃至约160℃、约140℃至约180℃、约140℃至约200℃、约140℃至约240℃、约140℃至约280℃、约140℃至约320℃、约140℃至约360℃、约160℃至约180℃、约160℃至约200℃、约160℃至约240℃、约160℃至约280℃、约160℃至约320℃、约160℃至约360℃、约180℃至约200℃、约180℃至约240℃、约180℃至约280℃、约180℃至约320℃、约180℃至约360℃、约200℃至约240℃、约200℃至约280℃、约200℃至约320℃、约200℃至约360℃、约240℃至约280℃、约240℃至约320℃、约240℃至约360℃、约280℃至约320℃、约280℃至约360℃或约320℃至约360℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在约80℃、约100℃、约120℃、约140℃、约160℃、约180℃、约200℃、约240℃、约280℃、约320℃或约360℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在至少约100℃、约120℃、约140℃、约160℃、约180℃、约200℃、约240℃、约280℃、约320℃或约360℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在至多约80℃、约100℃、约120℃、约140℃、约160℃、约180℃、约200℃、约240℃、约280℃或约320℃的温度下加热。
在一些实施例中，溶液被加热约4小时至约16小时。在一些实施例中，溶液被加热至少约4小时。在一些实施例中，溶液被加热至多约16小时。在一些实施例中，溶液被加热约4小时至约5小时、约4小时至约6小时、约4小时至约7小时、约4小时至约8小时、约4小时至约9小时、约4小时至约10小时、约4小时至约11小时、约4小时至约12小时、约4小时至约13小时、约4小时至约14小时、约4小时至约16小时、约5小时至约6小时、约5小时至约7小时、约5小时至约8小时、约5小时至约9小时、约5小时至约10小时、约5小时至约11小时、约5小时至约12小时、约5小时至约13小时、约5小时至约14小时、约5小时至约16小时、约6小时至约7小时、约6小时至约8小时、约6小时至约9小时、约6小时至约10小时、约6小时至约11小时、约6小时至约12小时、约6小时至约13小时、约6小时至约14小时、约6小时至约16小时、约7小时至约8小时、约7小时至约9小时、约7小时至约10小时、约7小时至约11小时、约7小时至约12小时、约7小时至约13小时、约7小时至约14小时、约7小时至约16小时、约8小时至约9小时、约8小时至约10小时、约8小时至约11小时、约8小时至约12小时、约8小时至约13小时、约8小时至约14小时、约8小时至约16小时、约9小时至约10小时、约9小时至约11小时、约9小时至约12小时、约9小时至约13小时、约9小时至约14小时、约9小时至约16小时、约10小时至约11小时、约10小时至约12小时、约10小时至约13小时、约10小时至约14小时、约10小时至约16小时、约11小时至约12小时、约11小时至约13小时、约11小时至约14小时、约11小时至约16小时、约12小时至约13小时、约12小时至约14小时、约12小时至约16小时、约13小时至约14小时、约13小时至约16小时或约14小时至约16小时。在一些实施例中，溶液被加热约4小时、约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约11小时、约12小时、约13小时、约14小时或约16小时。在一些实施例中，溶液被加热至少约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约11小时、约12小时、约13小时、约14小时或约16小时。在一些实施例中，溶液被加热至多约4小时、约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约11小时、约12小时、约13小时或约14小时。
在一些实施例中，溶剂包含去离子水、丙酮、水或其任何组合。在一些实施例中，溶剂包含去离子水。在一些实施例中，溶液是冷冻干燥的。在一些实施例中，溶液是冷冻干燥的。在一些实施例中，溶液是在真空条件下冷冻干燥的。
在一些实施例中，第一电极被配置为作为正极被采用。在一些实施例中，第一电极被配置为作为负极被采用。
本文提供的第五方面是一种形成电极的方法，包含：通过在酸中处理导电支架来形成第二集流体；在包含去离子水、丙酮、水或其任何组合的溶剂中洗涤第二集流体；将氢氧化物沉积到第二集流体上；并且将电极提交至连续的电位扫描。
在一些实施例中，导电支架包含导电泡棉、石墨烯气凝胶、无定形碳泡棉、薄层石墨泡棉、碳纳米管、碳纳米片或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。
在一些实施例中，酸包含强酸。在一些实施例中，酸包含高氯酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、盐酸或其任何组合。在一些实施例中，酸包含氢溴酸。在一些实施例中，酸包含盐酸。
在一些实施例中，酸的浓度为约1M至约6M。在一些实施例中，酸的浓度为至少约1M。在一些实施例中，酸的浓度为至多约6M。在一些实施例中，酸的浓度为约1M至约1.5M、约1M至约2M、约1M至约2.5M、约1M至约3M、约1M至约3.5M、约1M至约4M、约1M至约4.5M、约1M至约5M、约1M至约5.5M、约1M至约6M、约1.5M至约2M、约1.5M至约2.5M、约1.5M至约3M、约1.5M至约3.5M、约1.5M至约4M、约1.5M至约4.5M、约1.5M至约5M、约1.5M至约5.5M、约1.5M至约6M、约2M至约2.5M、约2M至约3M、约2M至约3.5M、约2M至约4M、约2M至约4.5M、约2M至约5M、约2M至约5.5M、约2M至约6M、约2.5M至约3M、约2.5M至约3.5M、约2.5M至约4M、约2.5M至约4.5M、约2.5M至约5M、约2.5M至约5.5M、约2.5M至约6M、约3M至约3.5M、约3M至约4M、约3M至约4.5M、约3M至约5M、约3M至约5.5M、约3M至约6M、约3.5M至约4M、约3.5M至约4.5M、约3.5M至约5M、约3.5M至约5.5M、约3.5M至约6M、约4M至约4.5M、约4M至约5M、约4M至约5.5M、约4M至约6M、约4.5M至约5M、约4.5M至约5.5M、约4.5M至约6M、约5M至约5.5M、约5M至约6M或约5.5M至约6M。在一些实施例中，酸的浓度为约1M、约1.5M、约2M、约2.5M、约3M、约3.5M、约4M、约4.5M、约5M、约5.5M或约6M。在一些实施例中，酸的浓度为至少约1.5M、约2M、约2.5M、约3M、约3.5M、约4M、约4.5M、约5M、约5.5M或约6M。在一些实施例中，酸的浓度为至多约1M、约1.5M、约2M、约2.5M、约3M、约3.5M、约4M、约4.5M、约5M或约5.5M。
在一些实施例中，导电泡棉被处理约1分钟至约30分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理至少约1分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理至多约30分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理约1分钟至约2分钟、约1分钟至约4分钟、约1分钟至约6分钟、约1分钟至约8分钟、约1分钟至约10分钟、约1分钟至约14分钟、约1分钟至约18分钟、约1分钟至约22分钟、约1分钟至约26分钟、约1分钟至约30分钟、约2分钟至约4分钟、约2分钟至约6分钟、约2分钟至约8分钟、约2分钟至约10分钟、约2分钟至约14分钟、约2分钟至约18分钟、约2分钟至约22分钟、约2分钟至约26分钟、约2分钟至约30分钟、约4分钟至约6分钟、约4分钟至约8分钟、约4分钟至约10分钟、约4分钟至约14分钟、约4分钟至约18分钟、约4分钟至约22分钟、约4分钟至约26分钟、约4分钟至约30分钟、约6分钟至约8分钟、约6分钟至约10分钟、约6分钟至约14分钟、约6分钟至约18分钟、约6分钟至约22分钟、约6分钟至约26分钟、约6分钟至约30分钟、约8分钟至约10分钟、约8分钟至约14分钟、约8分钟至约18分钟、约8分钟至约22分钟、约8分钟至约26分钟、约8分钟至约30分钟、约10分钟至约14分钟、约10分钟至约18分钟、约10分钟至约22分钟、约10分钟至约26分钟、约10分钟至约30分钟、约14分钟至约18分钟、约14分钟至约22分钟、约14分钟至约26分钟、约14分钟至约30分钟、约18分钟至约22分钟、约18分钟至约26分钟、约18分钟至约30分钟、约22分钟至约26分钟、约22分钟至约30分钟或约26分钟至约30分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理约1分钟、约2分钟、约4分钟、约6分钟、约8分钟、约10分钟、约14分钟、约18分钟、约22分钟、约26分钟或约30分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理至少约2分钟、约4分钟、约6分钟、约8分钟、约10分钟、约14分钟、约18分钟、约22分钟、约26分钟或约30分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理至多约1分钟、约2分钟、约4分钟、约6分钟、约8分钟、约10分钟、约14分钟、约18分钟、约22分钟或约26分钟。
在一些实施例中，在去离子水、丙酮、水或其任何组合中洗涤导电泡棉。在一些实施例中，在去离子水中洗涤导电泡棉。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铝、氢氧化铵、氢氧化砷、氢氧化钡、氢氧化铍、氢氧化铋(III)、氢氧化硼、氢氧化镉、氢氧化钙、氢氧化铈(III)、氢氧化铯、氢氧化铬(II)、氢氧化铬(III)、氢氧化铬(V)、氢氧化铬(VI)、氢氧化钴(II)、氢氧化钴(III)、氢氧化铜(I)、氢氧化铜(II)、氢氧化镓(II)、氢氧化镓(III)、氢氧化金(I)、氢氧化金(III)、氢氧化铟(I)、氢氧化铟(II)、氢氧化铟(III)、氢氧化铱(III)、氢氧化铁(II)、氢氧化铁(III)、氢氧化镧、氢氧化铅(II)、氢氧化铅(IV)、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化锰(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化锰(IV)、氢氧化锰(VII)、氢氧化汞(I)、氢氧化汞(II)、氢氧化钼、氢氧化钕、羟基氧化镍(nickel oxo-hydroxide)、氢氧化镍(II)、氢氧化镍(III)、氢氧化铌、氢氧化锇(IV)、氢氧化钯(II)、氢氧化钯(IV)、氢氧化铂(II)、氢氧化铂(IV)、氢氧化钚(IV)、氢氧化钾、氢氧化镭、氢氧化铷、氢氧化钌(III)、氢氧化钪、氢氧化硅、氢氧化银、氢氧化钠、氢氧化锶、氢氧化钽(V)、氢氧化锝(II)、氢氧化四甲基铵、氢氧化铊(I)、氢氧化铊(III)、氢氧化钍、氢氧化锡(II)、氢氧化锡(IV)、氢氧化钛(II)、氢氧化钛(III)、氢氧化钛(IV)、氢氧化钨(II)、铀酰氢氧化物、氢氧化钒(II)、氢氧化钒(III)、氢氧化钒(V)、氢氧化镱、氢氧化钇、氢氧化锌、氢氧化锆或其任何组合。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钯(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钯(IV)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米薄片、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物纳米粉末、氢氧化物纳米花、氢氧化物纳米点、氢氧化物纳米棒、氢氧化物纳米链、氢氧化物纳米纤维、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物片状纳米颗粒、氢氧化物纳米带、氢氧化物纳米环、氢氧化物纳米片或其组合。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米薄片。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(II)纳米粉末。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(III)纳米片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)纳米粉末。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)纳米薄片。
在一些实施例中，将氢氧化物沉积到第二集流体上包含通过电化学沉积、电涂覆、电泳沉积、微波合成、光热沉积、热分解激光沉积、热液合成或其任何组合将氢氧化物沉积到第二集流体上。在一些实施例中，电化学沉积包含循环伏安法。在一些实施例中，循环伏安法包含向第二集流体施加连续的电位扫描。在一些实施例中，向第二集流体施加连续的电位扫描包含向在催化剂中的第二集流体施加连续的电位扫描。
在一些实施例中，以约-2.4V至约-0.3V的电压执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至少约-2.4V的电压执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至多约-0.3V的电压执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以下述电压执行连续的电位扫描：约-0.3V至约-0.5V、约-0.3V至约-0.9V、约-0.3V至约-1.1V、约-0.3V至约-1.3V、约-0.3V至约-1.5V、约-0.3V至约-1.7V、约-0.3V至约-1.9V、约-0.3V至约-2.1V、约-0.3V至约-2.3V、约-0.3V至约-2.4V、约-0.5V至约-0.9V、约-0.5V至约-1.1V、约-0.5V至约-1.3V、约-0.5V至约-1.5V、约-0.5V至约-1.7V、约-0.5V至约-1.9V、约-0.5V至约-2.1V、约-0.5V至约-2.3V、约-0.5V至约-2.4V、约-0.9V至约-1.1V、约-0.9V至约-1.3V、约-0.9V至约-1.5V、约-0.9V至约-1.7V、约-0.9V至约-1.9V、约-0.9V至约-2.1V、约-0.9V至约-2.3V、约-0.9V至约-2.4V、约-1.1V至约-1.3V、约-1.1V至约-1.5V、约-1.1V至约-1.7V、约-1.1V至约-1.9V、约-1.1V至约-2.1V、约-1.1V至约-2.3V、约-1.1V至约-2.4V、约-1.3V至约-1.5V、约-1.3V至约-1.7V、约-1.3V至约-1.9V、约-1.3V至约-2.1V、约-1.3V至约-2.3V、约-1.3V至约-2.4V、约-1.5V至约-1.7V、约-1.5V至约-1.9V、约-1.5V至约-2.1V、约-1.5V至约-2.3V、约-1.5V至约-2.4V、约-1.7V至约-1.9V、约-1.7V至约-2.1V、约-1.7V至约-2.3V、约-1.7V至约-2.4V、约-1.9V至约-2.1V、约-1.9V至约-2.3V、约-1.9V至约-2.4V、约-2.1V至约-2.3V、约-2.1V至约-2.4V或约-2.3V至约-2.4V。在一些实施例中，以约-0.3V、约-0.5V、约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V、约-2.3V或约-2.4V的电压向第二集流体执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至少约-0.5V、约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V、约-2.3V或约-2.4V的电压向第二集流体执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至多约-0.3V、约-0.5V、约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V或约-2.3V的电压向第二集流体执行连续的电位扫描。
在一些实施例中，以约50mV/s至约175mV/s的扫描速率执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至少约50mV/s的扫描速率执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至多约175mV/s的扫描速率执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以下述扫描速率执行连续的电位扫描：约50mV/s至约60mV/s、约50mV/s至约70mV/s、约50mV/s至约80mV/s、约50mV/s至约90mV/s、约50mV/s至约100mV/s、约50mV/s至约110mV/s、约50mV/s至约120mV/s、约50mV/s至约130mV/s、约50mV/s至约140mV/s、约50mV/s至约160mV/s、约50mV/s至约175mV/s、约60mV/s至约70mV/s、约60mV/s至约80mV/s、约60mV/s至约90mV/s、约60mV/s至约100mV/s、约60mV/s至约110mV/s、约60mV/s至约120mV/s、约60mV/s至约130mV/s、约60mV/s至约140mV/s、约60mV/s至约160mV/s、约60mV/s至约175mV/s、约70mV/s至约80mV/s、约70mV/s至约90mV/s、约70mV/s至约100mV/s、约70mV/s至约110mV/s、约70mV/s至约120mV/s、约70mV/s至约130mV/s、约70mV/s至约140mV/s、约70mV/s至约160mV/s、约70mV/s至约175mV/s、约80mV/s至约90mV/s、约80mV/s至约100mV/s、约80mV/s至约110mV/s、约80mV/s至约120mV/s、约80mV/s至约130mV/s、约80mV/s至约140mV/s、约80mV/s至约160mV/s、约80mV/s至约175mV/s、约90mV/s至约100mV/s、约90mV/s至约110mV/s、约90mV/s至约120mV/s、约90mV/s至约130mV/s、约90mV/s至约140mV/s、约90mV/s至约160mV/s、约90mV/s至约175mV/s、约100mV/s至约110mV/s、约100mV/s至约120mV/s、约100mV/s至约130mV/s、约100mV/s至约140mV/s、约100mV/s至约160mV/s、约100mV/s至约175mV/s、约110mV/s至约120mV/s、约110mV/s至约130mV/s、约110mV/s至约140mV/s、约110mV/s至约160mV/s、约110mV/s至约175mV/s、约120mV/s至约130mV/s、约120mV/s至约140mV/s、约120mV/s至约160mV/s、约120mV/s至约175mV/s、约130mV/s至约140mV/s、约130mV/s至约160mV/s、约130mV/s至约175mV/s、约140mV/s至约160mV/s、约140mV/s至约175mV/s或约160mV/s至约175mV/s。在一些实施例中，以约50mV/s、约60mV/s、约70mV/s、约80mV/s、约90mV/s、约100mV/s、约110mV/s、约120mV/s、约130mV/s、约140mV/s、约160mV/s或约175mV/s。在一些实施例中，以至少约60mV/s、约70mV/s、约80mV/s、约90mV/s、约100mV/s、约110mV/s、约120mV/s、约130mV/s、约140mV/s、约160mV/s或约175mV/s的扫描速率执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至多约50mV/s、约60mV/s、约70mV/s、约80mV/s、约90mV/s、约100mV/s、约110mV/s、约120mV/s、约130mV/s、约140mV/s或约160mV/s的扫描速率执行连续的电位扫描。
在一些实施例中，连续的电位扫描包含以约50mV/s至约175mV/s的扫描速率向电极施加约-0.3V至约-2.4V的电压
在一些实施例中，催化剂包含乙酸镍、氯化镍、六水合硫酸铵镍(II)、碳酸镍、乙酸镍(II)、四水合乙酸镍(II)、溴化镍(II)2-甲氧基乙基、溴化镍(II)、水合溴化镍(II)、三水合溴化镍(II)、碳酸镍(II)、四水合碱式碳酸镍(II)、氯化镍(II)、六水合氯化镍(II)、水合氯化镍(II)、环己烷丁酸镍(II)、氟化镍(II)、六水合六氟硅酸镍(II)、氢氧化镍(II)、无水碘化镍(II)、碘化镍(II)、六水合硝酸镍(II)、二水合草酸镍(II)、六水合高氯酸镍(II)、四水合氨基磺酸镍(II)、硫酸镍(II)、七水合硫酸镍(II)、仲高碘酸钾镍(IV)、水合四氰基镍酸(II)钾或其任何组合。在一些实施例中，催化剂包含碳酸镍。在一些实施例中，催化剂包含硝酸镍(II)。在一些实施例中，催化剂包含乙酸镍。
在一些实施例中，催化剂的浓度为约50mM至约200mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为至少约50mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为至多约200mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为约50mM至约60mM、约50mM至约70mM、约50mM至约80mM、约50mM至约90mM、约50mM至约100mM、约50mM至约120mM、约50mM至约140mM、约50mM至约160mM、约50mM至约180mM、约50mM至约200mM、约60mM至约70mM、约60mM至约80mM、约60mM至约90mM、约60mM至约100mM、约60mM至约120mM、约60mM至约140mM、约60mM至约160mM、约60mM至约180mM、约60mM至约200mM、约70mM至约80mM、约70mM至约90mM、约70mM至约100mM、约70mM至约120mM、约70mM至约140mM、约70mM至约160mM、约70mM至约180mM、约70mM至约200mM、约80mM至约90mM、约80mM至约100mM、约80mM至约120mM、约80mM至约140mM、约80mM至约160mM、约80mM至约180mM、约80mM至约200mM、约90mM至约100mM、约90mM至约120mM、约90mM至约140mM、约90mM至约160mM、约90mM至约180mM、约90mM至约200mM、约100mM至约120mM、约100mM至约140mM、约100mM至约160mM、约100mM至约180mM、约100mM至约200mM、约120mM至约140mM、约120mM至约160mM、约120mM至约180mM、约120mM至约200mM、约140mM至约160mM、约140mM至约180mM、约140mM至约200mM、约160mM至约180mM、约160mM至约200mM或约180mM至约200mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为约50mM、约60mM、约70mM、约80mM、约90mM、约100mM、约120mM、约140mM、约160mM、约180mM或约200mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为至少约60mM、约70mM、约80mM、约90mM、约100mM、约120mM、约140mM、约160mM、约180mM或约200mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为至多约50mM、约60mM、约70mM、约80mM、约90mM、约100mM、约120mM、约140mM、约160mM或约180mM。
在一些实施例中，电化学沉积包含向第二集流体施加恒定电压。
在一些实施例中，恒定电压为约-2.4V至约-0.3V。在一些实施例中，恒定电压为至少约-2.4V。在一些实施例中，恒定电压为至多约-0.3V。在一些实施例中，恒定电压为约-0.3V至约-0.5V、约-0.3V至约-0.9V、约-0.3V至约-1.1V、约-0.3V至约-1.3V、约-0.3V至约-1.5V、约-0.3V至约-1.7V、约-0.3V至约-1.9V、约-0.3V至约-2.1V、约-0.3V至约-2.3V、约-0.3V至约-2.4V、约-0.5V至约-0.9V、约-0.5V至约-1.1V、约-0.5V至约-1.3V、约-0.5V至约-1.5V、约-0.5V至约-1.7V、约-0.5V至约-1.9V、约-0.5V至约-2.1V、约-0.5V至约-2.3V、约-0.5V至约-2.4V、约-0.9V至约-1.1V、约-0.9V至约-1.3V、约-0.9V至约-1.5V、约-0.9V至约-1.7V、约-0.9V至约-1.9V、约-0.9V至约-2.1V、约-0.9V至约-2.3V、约-0.9V至约-2.4V、约-1.1V至约-1.3V、约-1.1V至约-1.5V、约-1.1V至约-1.7V、约-1.1V至约-1.9V、约-1.1V至约-2.1V、约-1.1V至约-2.3V、约-1.1V至约-2.4V、约-1.3V至约-1.5V、约-1.3V至约-1.7V、约-1.3V至约-1.9V、约-1.3V至约-2.1V、约-1.3V至约-2.3V、约-1.3V至约-2.4V、约-1.5V至约-1.7V、约-1.5V至约-1.9V、约-1.5V至约-2.1V、约-1.5V至约-2.3V、约-1.5V至约-2.4V、约-1.7V至约-1.9V、约-1.7V至约-2.1V、约-1.7V至约-2.3V、约-1.7V至约-2.4V、约-1.9V至约-2.1V、约-1.9V至约-2.3V、约-1.9V至约-2.4V、约-2.1V至约-2.3V、约-2.1V至约-2.4V或约-2.3V至约-2.4V。在一些实施例中，恒定电压为约-0.3V、约-0.5V、约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V、约-2.3V或约-2.4V。在一些实施例中，恒定电压为至少约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V、约-2.3V或约-2.4V。在一些实施例中，恒定电压为至多约-0.3V、约-0.5V、约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V或约-2.3V。
在一些实施例中，热液合成包含将第二集流体浸入水溶液中。在一些实施例中，水溶液包含乙酸盐、氯化物、硝酸盐、还原剂或其任何组合。
在一些实施例中，水溶液包含乙酸盐。在一些实施例中，乙酸盐包含乙酸铝、乙酰酒石酸铝、二乙酸铝、磺基乙酸铝(aluminum sulfacetate)、三乙酸铝、乙酸铵、乙酸锑(III)、乙酸钡、碱性乙酸铍、乙酸铋(III)、乙酸镉、乙酸铯、乙酸钙、乙酸钙镁、卡莫司他(camostat)、乙酸铬氢氧化物、乙酸铬(II)、克利溴铵、乙酸钴(II)、乙酸铜(II)、戴斯-马丁过碘烷、碘苯二乙酸、乙酸铁(II)、乙酸铁(III)、乙酸铅(II)、乙酸铅(IV)、乙酸锂、乙酸镁、乙酸锰(II)、乙酸锰(III)、乙酸汞(II)、甲氧基乙基乙酸汞、乙酸钼(II)、奈西利定、乙酸镍(II)、乙酸钯(II)、巴黎绿、乙酸铂(II)、乙酸钾、丙泮尼地(propanidid)、乙酸铑(II)、沙铂、乙酸银、乙酸钠、氯乙酸钠、二乙酸钠、三乙酰氧基硼氢化钠、乙酸亚铊、Tilapertin、曲安西龙叔丁乙酸酯、乙酸三乙铵、乙酸铀酰、乙酸铀酰锌、白色催化剂、乙酸锌或其任何组合。
在一些实施例中，水溶液包含氯化物。在一些实施例中，氯化物包含三氯化铝、氯化铵、氯化钡、二水合氯化钡、氯化钙、二水合氯化钙、六水合氯化钴(II)、氯化钴(III)、氯化铜(II)、二水合氯化铜(II)、氯化铁(II)、氯化铁(III)、六水合氯化铁(III)、氯化铅(II)、氯化铅(IV)、氯化镁、六水合氯化镁、四水合氯化锰(II)、氯化锰(IV)、氯化汞(I)、六水合氯化镍(II)、氯化镍(III)、五氯化磷、三氯化磷、氯化钾、氯化银、氯化钠、氯化锶、六氯化硫、五水合氯化锡(IV)、氯化锌或其任何组合。
在一些实施例中，水溶液包含硝酸盐。在一些实施例中，硝酸盐包含硝酸铝、硝酸钡、硝酸铍、硝酸镉、硝酸钙、硝酸铯、硝酸铬、硝酸钴、硝酸铜、亚硝酸二环己胺、硝酸钕镨、硝酸益康唑、硝酸铁、硝酸镓、硝酸胍、六水合硝酸镧、硝酸铅、硝酸锂、硝酸镁、硝酸锰、硝酸汞、硝酸亚汞、硝酸镍、亚硝酸镍、亚硝酸钾、硝酸银、硝酸钠、硝酸锶、硝酸铊、硝酸铀酰、亚硝酸锌铵、硝酸锌、硝酸锆或其任何组合。
在一些实施例中，水溶液包含还原剂。在一些实施例中，还原剂包含脲、柠檬酸、抗坏血酸、水合肼、氢醌、硼氢化钠、溴化氢、碘化氢或其任何组合。
在一些实施例中，热分解在约150℃至约400℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在至少约150℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在至多约400℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在约150℃至约200℃、约150℃至约250℃、约150℃至约300℃、约150℃至约350℃、约150℃至约400℃、约200℃至约250℃、约200℃至约300℃、约200℃至约350℃、约200℃至约400℃、约250℃至约300℃、约250℃至约350℃、约250℃至约400℃、约300℃至约350℃、约300℃至约400℃或约350℃至约400℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在约150℃、约200℃、约250℃、约300℃、约350℃或约400℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在至少约200℃、约250℃、约300℃、约350℃或约400℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在至多约150℃、约200℃、约250℃、约300℃或约350℃的温度下执行。
附图说明
本公开的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以下详细描述和附图，将更好地理解本公开的特征和优点，以下详细描述阐述了其中利用本公开的原理的说明性实施例，并且在附图中：
图1是示例性储能设备的示意图。
图2A是包含三维石墨烯气凝胶(3DGA)的示例性第一电极的扫描电子显微镜图像。
图2B是包含层状双氢氧化物(LDH)的示例性第一电极的扫描电子显微镜图像。
图3是包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的能量色散X射线(EDS)光谱。
图4A是包含氧化石墨烯(GO)的示例性第一电极和包含3DGA的示例性第一电极的X射线光电子能谱(XPS)图。
图4B是包含Zn-Fe LDH的示例性第一电极和包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的XPS图。
图5A是包含GO的示例性第一电极的C1s XPS图。
图5B是包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的C1s XPS图。
图5C是包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的Zn2p XPS图。
图5D是包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的Fe2p XPS图。
图6是包含GO、3DGA和Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的拉曼光谱。
图7是在3.0M的KOH电解质中以20mV/s的扫描速率记录的示例性第一电极的循环伏安法(CV)图，该示例性第一电极包含3DGA、Zn-Fe LDH和具有六种浓度3DGA的Zn-Fe LDH。
图8是在ZnO饱和的KOH溶液中以20mV/s的扫描速率的包含Zn-Fe LDH的示例性第一电极和包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的CV图。
图9是在ZnO饱和的KOH溶液中的包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极在不同扫描速率下的CV图。
图10是包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极在不同扫描速率下的CV图，Zn-FeLDH/3DGA的锌与铁的质量比为1:3，并且Zn-Fe与GO的质量比为1:1。
图11是比较包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的扫描速率和活性物质比容量的图，Zn-Fe LDH/3DGA的锌与铁的质量比为1:3，并且Zn-Fe与GO的质量比为1:1
图12是3E电池在不同的扫描速率下的CV图，该3E电池包含示例性第二电极，该示例性第二电极包含3.0M的KOH中的Ni(OH)2。
图13是3E电池在不同的电流密度下的充电放电图，该3E电池包含示例性第二电极，该示例性第二电极包含KOH中的Ni(OH)2。
图14A是在3E电池储能设备中包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极和包含Ni(OH)2的示例性第二电极的CV图。
图14B是在10mV/s的扫描速率下的示例性储能设备的CV图，该示例性储能设备在ZnO饱和的KOH溶液中包含有包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极和包含Ni(OH)2的示例性第二电极。
图15A是在放电速率1C至4C下的示例性储能设备的电流充电/放电(GCD)图，该示例性储能设备在ZnO饱和的KOH电解质中包含有包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极和包含Ni(OH)2的示例性第一电极。
图15B是在放电速率10C至80C下的示例性储能设备的GCD图，该示例性储能设备在ZnO饱和的KOH电解质中包含有包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极和包含Ni(OH)2的示例性第一电极。
图15C是在放电速率100C至200C的示例性储能设备的GCD图，该示例性储能设备在ZnO饱和的KOH电解质中包含有包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极和包含Ni(OH)2的示例性第一电极。
图15D是在放电速率1C至200C下的示例性储能设备的GCD图，该示例性储能设备在ZnO饱和的KOH电解质中包含有包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极和包含Ni(OH)2的示例性第一电极。
图16是示出用于本公开的示例性储能设备的放电率与放电容量之间的关系的图。
图17是本公开的示例性储能设备的奈奎斯特图。
图18A是示例性第二电极的奈奎斯特图。
图18B是示例性第二电极的高频阻抗谱。
图19是适合示例性储能设备的实验电化学阻抗谱(EIS)测量值的等效电路的图示。
图20A是将当前储能设备的容量和工作电压与本公开的示例性储能设备的容量和工作电压进行比较的图。
图20B是将当前储能设备的质量能量密度和体积能量密度与本公开的示例性储能设备的质量能量密度和体积能量密度进行比较的图。
图20C是将当前储能设备的能量密度和功率密度与本公开的示例性储能设备的能量密度和功率密度进行比较的图。
具体实施方式
锂离子电池由于其便携性、高能量密度和低自放电率而被广泛用作电子设备中的储能设备。不幸的是，当前的锂离子电池技术存在安全问题，诸如电池起火，这促使三星在2016年9月召回了Galaxy Note 7。此外，尽管锂离子电池能量密度高，但此类设备的功率密度常常较低，通常低于3kW/kg，并且此类储能设备的充电时间约为几个小时。
因此，长期以来，人们对安全、功能强大、重量轻、结构上灵活、功率密度高、能量密度高且循环寿命延长的储能设备存在长期需求，但该需求尚未得到满足。进一步地，当前人们对配置为在短时间内存储大量能量并且缓慢且可控地释放能量以用于电子设备中的电极和电解质材料的需求也尚未得到满足。
第一电极
在某些实施例中，本文描述的是第一电极，包含层状双氢氧化物、导电支架和第一集流体。
在一些实施例中，层状双氢氧化物包含金属层状双氢氧化物。在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锌-铁层状双氢氧化物、铝-铁层状双氢氧化物、铬-铁层状双氢氧化物、铟-铁层状双氢氧化物、锰-铁层状双氢氧化物或其任何组合。在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锰-铁层状双氢氧化物。
在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锌-铁层状双氢氧化物。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为约1:1至约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为至少约1:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为至多约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为约1:1至约1.5:1、约1:1至约2:1、约1:1至约2.5:1、约1:1至约3:1、约1:1至约3.5:1、约1:1至约4:1、约1:1至约4.5:1、约1:1至约5:1、约1:1至约5.5:1、约1:1至约6:1、约1.5:1至约2:1、约1.5:1至约2.5:1、约1.5:1至约3:1、约1.5:1至约3.5:1、约1.5:1至约4:1、约1.5:1至约4.5:1、约1.5:1至约5:1、约1.5:1至约5.5:1、约1.5:1至约6:1、约2:1至约2.5:1、约2:1至约3:1、约2:1至约3.5:1、约2:1至约4:1、约2:1至约4.5:1、约2:1至约5:1、约2:1至约5.5:1、约2:1至约6:1、约2.5:1至约3:1、约2.5:1至约3.5:1、约2.5:1至约4:1、约2.5:1至约4.5:1、约2.5:1至约5:1、约2.5:1至约5.5:1、约2.5:1至约6:1、约3:1至约3.5:1、约3:1至约4:1、约3:1至约4.5:1、约3:1至约5:1、约3:1至约5.5:1、约3:1至约6:1、约3.5:1至约4:1、约3.5:1至约4.5:1、约3.5:1至约5:1、约3.5:1至约5.5:1、约3.5:1至约6:1、约4:1至约4.5:1、约4:1至约5:1、约4:1至约5.5:1、约4:1至约6:1、约4.5:1至约5:1、约4.5:1至约5.5:1、约4.5:1约6:1、约5:1至约5.5:1、约5:1至约6:1或约5.5:1至约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为约1:1、约1.5:1、约2:1、约2.5:1、约3:1、约3.5:1、约4:1、约4.5:1、约5:1、约5.5:1或约6:1。
在一些实施例中，导电支架包含导电泡棉、导电气凝胶、金属离子凝胶、碳纳米管、碳纳米片、活性炭、碳布、炭黑或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含三维(3D)支架。在一些实施例中，导电支架包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、碳泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含导电气凝胶。在一些实施例中，导电气凝胶包含碳气凝胶、石墨烯气凝胶、石墨气凝胶、碳气凝胶或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含3D导电气凝胶。在一些实施例中，3D导电气凝胶包含3D碳气凝胶、3D石墨烯气凝胶、3D石墨气凝胶、3D碳气凝胶或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含金属离子凝胶。在一些实施例中，金属离子凝胶包含碳离子凝胶、石墨烯离子凝胶、石墨离子凝胶或其任何组合。
在一些实施例中，导电支架包含金属。在一些实施例中，金属包含铝、铜、碳、铁、银、金、钯、铂、铱、铂铱合金、钌、铑、锇、钽、钛、钨、多晶硅、氧化铟锡或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含导电聚合物。在一些实施例中，导电聚合物包含反式聚乙炔、聚芴、聚噻吩、聚吡咯、聚苯撑、聚苯胺、聚(对亚苯基亚乙烯基)、聚芘聚薁(polyazulene)、聚萘、聚咔唑、聚吲哚、聚吖庚因(polyazepine)、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)、聚(对亚苯基硫醚)、聚(乙炔、聚(对亚苯基亚乙烯基)或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含导电陶瓷。在一些实施例中，导电陶瓷包含钛酸锆钡、钛酸锶、钛酸钙、钛酸镁、钛酸钙镁、钛酸锌、钛酸镧、钛酸钕、锆酸钡、锆酸钙、铌酸铅镁、铌酸铅锌、铌酸锂、锡酸钡、锡酸钙、硅酸铝镁、硅酸镁、钽酸钡、二氧化钛、氧化铌、氧化锆、二氧化硅、蓝宝石、氧化铍、钛酸锆锡或其任何组合。在一些实施例中，导电支架由两种或更多种物质或元素的合金构成。
在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1至约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为至少约0.2:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为至多约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1至约0.4:1、约0.2:1至约0.6:1、约0.2:1至约0.8:1、约0.2:1至约1:1、约0.2:1至约1.2:1、约0.2:1至约1.4:1、约0.2:1至约1.6:1、约0.2:1至约1.8:1、约0.2:1至约2:1、约0.2:1至约2.2:1、约0.2:1至约2.4:1、约0.4:1至约0.6:1、约0.4:1至约0.8:1、约0.4:1至约1:1、约0.4:1至约1.2:1、约0.4:1至约1.4:1、约0.4:1至约1.6:1、约0.4:1至约1.8:1、约0.4:1至约2:1、约0.4:1至约2.2:1、约0.4:1至约2.4:1、约0.6:1至约0.8:1、约0.6:1至约1:1、约0.6:1至约1.2:1、约0.6:1至约1.4:1、约0.6:1至约1.6:1、约0.6:1至约1.8:1、约0.6:1至约2:1、约0.6:1至约2.2:1、约0.6:1至约2.4:1、约0.8:1至约1:1、约0.8:1至约1.2:1、约0.8:1至约1.4:1、约0.8:1至约1.6:1、约0.8:1至约1.8:1、约0.8:1至约2:1、约0.8:1至约2.2:1、约0.8:1约2.4:1、约1:1至约1.2:1、约1:1至约1.4:1、约1:1至约1.6:1、约1:1至约1.8:1、约1:1至约2:1、约1:1至约2.2:1、约1:1至约2.4:1、约1.2:1至约1.4:1、约1.2:1至约1.6:1、约1.2:1约1.8:1、约1.2:1至约2:1、约1.2:1至约2.2:1、约1.2:1至约2.4:1、约1.4:1至约1.6:1、约1.4:1约1.8:1、约1.4:1至约2:1、约1.4:1至约2.2:1、约1.4:1至约2.4:1、约1.6:1至约1.8:1、约1.6:1约2:1、约1.6:1至约2.2:1、约1.6:1至约2.4:1、约1.8:1至约2:1、约1.8:1至约2.2:1、约1.8:1约2.4:1、约2:1至约2.2:1、约2:1至约2.4:1或约2.2:1至约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1、约0.4:1、约0.6:1、约0.8:1、约1:1、约1.2:1、约1.4:1、约1.6:1、约1.8:1、约2:1、约2.2:1或约2.4:1。
在一些实施例中，第一集流体包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。
在一些实施例中，导电泡棉是由带有充气孔的固体金属组成的多孔结构，该充气孔占泡棉体积的很大一部分。在一些实施例中，导电泡棉包含闭孔泡棉，其中孔是密封的。在一些实施例中，导电泡棉包含开孔泡棉，其中孔是开放的。
在一些实施例中，气凝胶是由凝胶衍生的合成、多孔、超轻材料，其中凝胶的液体成分已被气体替代，从而形成低密度材料。在一些实施例中，离子凝胶在液相中包含固体互连网络。在一些实施例中，离子凝胶包含固定在基质中的离子导电液体。在一些实施例中，基质是聚合物基质。
在一些实施例中，碳纳米管是具有圆柱形纳米结构的碳同素异形体。在一些实施例中，碳纳米片是具有二维纳米结构的碳同素异形体。在一些实施例中，碳纳米片包含石墨烯。在一些实施例中，活性炭(activated carbon)(又称活性碳)是具有小的低容量孔且表面积高的碳形式。在一些实施例中，炭黑是表面积与容量比高的次晶碳形式。
在一些实施例中，第一集流体包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。
在一些实施例中，集流体是导电材料的网格或片，其沿着电极中的活性物质提供传导路径。
在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g至约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至少约500F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至多约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g至约750F/g、约500F/g至约1,000F/g、约500F/g至约1,250F/g、约500F/g至约1,500F/g、约500F/g至约1,750F/g、约500F/g至约2,000F/g、约500F/g至约2,250F/g、约750F/g至约1,000F/g、约750F/g至约1,250F/g、约750F/g至约1,500F/g、约750F/g至约1,750F/g、约750F/g至约2,000F/g、约750F/g至约2,250F/g、约1,000F/g至约1,250F/g、约1,000F/g至约1,500F/g、约1,000F/g至约1,750F/g、约1,000F/g至约2,000F/g、约1,000F/g至约2,250F/g、约1,250F/g至约1,500F/g、约1,250F/g至约1,750F/g约1,250F/g至约2,000F/g、约1,250F/g至约2,250F/g、约1,500F/g至约1,750F/g、约1,500F/g至约2,000F/g、约1,500F/g至约2,250F/g、约1,750F/g至约2,000F/g、约1,750F/g至约2,250F/g或约2,000F/g至约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g、约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g或约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约1,150F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至少约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g约或2,250F/g。
在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至少约30mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至多约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g至约40mAh/g、约30mAh/g至约50mAh/g、约30mAh/g至约60mAh/g、约30mAh/g至约70mAh/g、约30mAh/g至约80mAh/g、约30mAh/g至约90mAh/g、约30mAh/g至约100mAh/g、约30mAh/g至约110mAh/g、约30mAh/g至约120mAh/g、约40mAh/g至约50mAh/g、约40mAh/g至约60mAh/g、约40mAh/g约70mAh/g、约40mAh/g至约80mAh/g、约40mAh/g至约90mAh/g、约40mAh/g至约100mAh/g、约40mAh/g至约110mAh/g、约40mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约90mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约110mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约90mAh/g、60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约110mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约90mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约110mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约90mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约110mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约90mAh/g约100mAh/g、约90mAh/g至约110mAh/g、约90mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约110mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g或约110mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g、约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至少约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。
在一些实施例中，第一电极被配置为作为正极被采用。在一些实施例中，第一电极被配置为作为负极被采用。
包含三维石墨烯气凝胶(3DGA)的示例性电极和包含层状双氢氧化物的示例性电极的扫描电子显微镜图像分别在图2A和2B中示出。包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的元素成分如图3中的能量色散X射线(EDS)光谱和下面的表1中的定量结果示出。
Figure BDA0002704874750000401
表1
在一些实施例中，第一电极包含氧化石墨烯(GO)。在一些实施例中，第一电极包含3DGA。图4A是表征包含GO的示例性第一电极和包含3DGA的示例性第一电极的X射线光电子能谱(XPS)图。包含GO的示例性第一电极在图5A的C1s XPS图中被进一步表征。
在一些实施例中，第一电极包含Zn-Fe LDH。在一些实施例中，第一电极包含Zn-FeLDH/3DGA。图4B是表征包含Zn-Fe层状双氢氧化物的示例性第一电极和包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的XPS图。包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极进一步在图5B的C1s XPS图、图5C的Zn2p XPS图和图5D的Fe2p XPS图中被进一步表征。
图6是包含GO、3DGA和Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的拉曼光谱。
在图7的CV图中示出了在20mV/s的扫描速率下和在3.0M KOH电解质中3DGA的浓度对包含3DGA、Zn-Fe LDH和Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的性能的影响。六个示例性Zn-Fe LDH/3DGA第一电极(在图7中和在下面的表2中被标记为样品I至VI)中，每一个第一电极的Zn与Fe的比例为3:1，并且3DGA的六种不同浓度为从2:5至7:5。如图所示，在示例性样品中，Zn-Fe与GO比例为1:1的的示例性Zn-Fe LDH/3DGA——IV样品电极展现出最高的容量，为约160mAh/g。
Figure BDA0002704874750000411
表2
图8是在ZnO饱和的KOH溶液中在20mV/s的扫描速率下的包含Zn-Fe LDH的示例性第一电极和包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的CV图。图9是在ZnO饱和的KOH溶液中的包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极在不同扫描速率下的CV图。
最后，在图10中示出了包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极的性能在不同扫描速率下的CV图，其中锌与铁的质量比例为1:3，并且Zn-Fe与GO的质量比例为1:1。进一步地，在图11中示出了示例性电极的扫描速率与活性物质比容量之间的关系，由此，当扫描速率从0mV/s增加到200mV/s时，电极维持约70％的容量保持率。
第二电极
在一些实施例中，本文描述的是第二电极，包含氢氧化物和第二集流体。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铝、氢氧化铵、氢氧化砷、氢氧化钡、氢氧化铍、氢氧化铋(III)、氢氧化硼、氢氧化镉、氢氧化钙、氢氧化铈(III)、氢氧化铯、氢氧化铬(II)、氢氧化铬(III)、氢氧化铬(V)、氢氧化铬(VI)、氢氧化钴(II)、氢氧化钴(III)、氢氧化铜(I)、氢氧化铜(II)、氢氧化镓(II)、氢氧化镓(III)、氢氧化金(I)、氢氧化金(III)、氢氧化铟(I)、氢氧化铟(II)、氢氧化铟(III)、氢氧化铱(III)、氢氧化铁(II)、氢氧化铁(III)、氢氧化镧、氢氧化铅(II)、氢氧化铅(IV)、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化锰(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化锰(IV)、氢氧化锰(VII)、氢氧化汞(I)、氢氧化汞(II)、氢氧化钼、氢氧化钕、羟基氧化镍(nickel oxo-hydroxide)、氢氧化镍(II)、氢氧化镍(III)、氢氧化铌、氢氧化锇(IV)、氢氧化钯(II)、氢氧化钯(IV)、氢氧化铂(II)、氢氧化铂(IV)、氢氧化钚(IV)、氢氧化钾、氢氧化镭、氢氧化铷、氢氧化钌(III)、氢氧化钪、氢氧化硅、氢氧化银、氢氧化钠、氢氧化锶、氢氧化钽(V)、氢氧化锝(II)、氢氧化四甲基铵、氢氧化铊(I)、氢氧化铊(III)、氢氧化钍、氢氧化锡(II)、氢氧化锡(IV)、氢氧化钛(II)、氢氧化钛(III)、氢氧化钛(IV)、氢氧化钨(II)、铀酰氢氧化物、氢氧化钒(II)、氢氧化钒(III)、氢氧化钒(V)、氢氧化镱、氢氧化钇、氢氧化锌、氢氧化锆。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米薄片、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物纳米粉末、氢氧化物纳米花、氢氧化物纳米点、氢氧化物纳米棒、氢氧化物纳米链、氢氧化物纳米纤维、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物片状纳米颗粒、氢氧化物纳米带、氢氧化物纳米环、氢氧化物纳米片或其组合。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(III)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(II)纳米粉末。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(III)纳米片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)纳米粉末。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)纳米薄片。
在一些实施例中，氢氧化物沉积在第二集流体上。
在一些实施例中，第二集流体包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。
在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g至约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至少约500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至多约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g至约750F/g、约500F/g至约1,000F/g、约500F/g至约1,250F/g、约500F/g至约1,500F/g、约500F/g至约1,750F/g、约500F/g至约2,000F/g、约500F/g至约2,250F/g、约500F/g至约2,500F/g、约750F/g至约1,000F/g、约750F/g至约1,250F/g、约750F/g至约1,500F/g、约750F/g至约1,750F/g、约750F/g至约2,000F/g、约750F/g至约2,250F/g、约750F/g至约2,500F/g、约1,000F/g至约1,250F/g、约1,000F/g至约1,500F/g、约1,000F/g至约1,750F/g、约1,000F/g至约2,000F/g、约1,000F/g至约2,250F/g、约1,000F/g至约2,500F/g、约1,250F/g至约1,500F/g、约1,250F/g至约1,750F/g约1,250F/g至约2,000F/g、约1,250F/g至约2,250F/g、约1,250F/g至约2,500F/g、约1,500F/g至约1,750F/g、约1,500F/g至约2,000F/g、约1,500F/g至约2,250F/g、约1,500F/g至约2,500F/g、约1,750F/g至约2,000F/g、约1,750F/g至约2,250F/g、约1,750F/g至约2,500F/g、约2,000F/g至约2,250F/g、约2,000F/g至约2,500F/g或约2,250F/g至约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g、约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g、约2,250F/g或约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至少约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g、约2,250F/g或约2,500F/g。
在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至少约30mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至多约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g至约40mAh/g、约30mAh/g至约50mAh/g、约30mAh/g至约60mAh/g、约30mAh/g至约70mAh/g、约30mAh/g至约80mAh/g、约30mAh/g至约90mAh/g、约30mAh/g至约100mAh/g、约30mAh/g至约110mAh/g、约30mAh/g至约120mAh/g、约40mAh/g至约50mAh/g、约40mAh/g至约60mAh/g、约40mAh/g约70mAh/g、约40mAh/g至约80mAh/g、约40mAh/g至约90mAh/g、约40mAh/g至约100mAh/g、约40mAh/g至约110mAh/g、约40mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约90mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约110mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约90mAh/g、60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约110mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约90mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约110mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约90mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约110mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约90mAh/g约100mAh/g、约90mAh/g至约110mAh/g、约90mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约110mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g或约110mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g、约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至少约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。
在一些实施例中，第二电极被配置为作为正极被采用。在一些实施例中，第二电极被配置为作为负极被采用。
在一些实施例中，氢氧化物包含Ni(OH)2。以图12中CV图的不同扫描速率和图13中不同电流密度下的充电放电图，示出了在3E电池中包含Ni(OH)2和3.0M KOH的示例性第二电极的性能特征。如从图13所看到，示例性第二电极的电势随时间曲线变化的放电部分均匀且逐渐地放电。
储能设备
根据图1，本文提供一种储能设备，其包含第一电极101、第二电极102、隔膜107和电解质108。在一些实施例中，第一电极101包含层状双氢氧化物104、导电支架105和第一集流体103。在一些实施例中，第二电极102包含氢氧化物110和第二集流体111。在一些实施例中，电解质108包含碱和导电剂109。
在一些实施例中，本文描述的设备化学、活性物质和电解质的特定组合形成在高电压下操作并且在一个设备中既展现出电池的容量又展现出超级电容器的功率性能的储能设备。在一些实施例中，本公开的储能设备比传统的锂离子电池存储更多的电荷。
在一些实施例中，本公开的储能设备在空气中组装，无需生产许多其他储能设备所必需的昂贵的“干燥室”。在一些实施例中，本公开的储能设备能够主要由地球富含的元素形成，诸如但不限于镍、锌、铁和碳。
在一些实施例中，储能设备通过氧化还原反应和离子吸附来存储能量。氧化还原反应是一种化学反应，其中原子的氧化态通过化学物种之间电子的转移而改变。离子吸附(也称为电吸附或嵌入)包含离子通过电极颗粒间孔的传输，从而导致可逆的感应电流的电荷转移。本公开的储能设备通过氧化还原反应和离子吸附两者存储能量的能力使得能够实现快速充电速率、稳定放电速率、高功率、高能量密度以及高容量。
在一些实施例中，第一电极包含层状双氢氧化物、导电支架和第一集流体。
在一些实施例中，层状双氢氧化物包含金属层状双氢氧化物。在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锌-铁层状双氢氧化物、铝-铁层状双氢氧化物、铬-铁层状双氢氧化物、铟-铁层状双氢氧化物、锰-铁层状双氢氧化物或其任何组合。在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锰-铁层状双氢氧化物。
在一些实施例中，金属层状双氢氧化物包含锌-铁层状双氢氧化物。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为约1:1至约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为至少约1:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为至多约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为约1:1至约1.5:1、约1:1至约2:1、约1:1至约2.5:1、约1:1至约3:1、约1:1至约3.5:1、约1:1至约4:1、约1:1至约4.5:1、约1:1至约5:1、约1:1至约5.5:1、约1:1至约6:1、约1.5:1至约2:1、约1.5:1至约2.5:1、约1.5:1至约3:1、约1.5:1至约3.5:1、约1.5:1至约4:1、约1.5:1至约4.5:1、约1.5:1至约5:1、约1.5:1至约5.5:1、约1.5:1至约6:1、约2:1至约2.5:1、约2:1至约3:1、约2:1至约3.5:1、约2:1至约4:1、约2:1至约4.5:1、约2:1至约5:1、约2:1至约5.5:1、约2:1至约6:1、约2.5:1至约3:1、约2.5:1至约3.5:1、约2.5:1至约4:1、约2.5:1至约4.5:1、约2.5:1至约5:1、约2.5:1至约5.5:1、约2.5:1至约6:1、约3:1至约3.5:1、约3:1至约4:1、约3:1至约4.5:1、约3:1至约5:1、约3:1至约5.5:1、约3:1至约6:1、约3.5:1至约4:1、约3.5:1至约4.5:1、约3.5:1至约5:1、约3.5:1至约5.5:1、约3.5:1至约6:1、约4:1至约4.5:1、约4:1至约5:1、约4:1至约5.5:1、约4:1至约6:1、约4.5:1至约5:1、约4.5:1至约5.5:1、约4.5:1约6:1、约5:1至约5.5:1、约5:1至约6:1或约5.5:1至约6:1。在一些实施例中，锌和铁之间的比例为约1:1、约1.5:1、约2:1、约2.5:1、约3:1、约3.5:1、约4:1、约4.5:1、约5:1、约5.5:1或约6:1。
在一些实施例中，导电支架包含导电泡棉、导电气凝胶、金属离子凝胶、碳纳米管、碳纳米片、活性炭、碳布、炭黑或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含3D支架。在一些实施例中，导电支架包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、碳泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含导电气凝胶。在一些实施例中，导电气凝胶包含碳气凝胶、石墨烯气凝胶、石墨气凝胶、碳气凝胶或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含3D导电气凝胶。在一些实施例中，3D导电气凝胶包含3D碳气凝胶、3D石墨烯气凝胶、3D石墨气凝胶、3D碳气凝胶或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含金属离子凝胶。在一些实施例中，金属离子凝胶包含碳离子凝胶、石墨烯离子凝胶、石墨离子凝胶，在一些实施例中，导电支架包含金属。在一些实施例中，金属包含铝、铜、碳、铁、银、金、钯、铂、铱、铂铱合金、钌、铑、锇、钽、钛、钨、多晶硅、氧化铟锡或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含导电聚合物。在一些实施例中，导电聚合物包含反式聚乙炔、聚芴、聚噻吩、聚吡咯、聚苯撑、聚苯胺、聚(对亚苯基亚乙烯基)、聚芘聚薁(polyazulene)、聚萘、聚咔唑、聚吲哚、聚吖庚因(polyazepine)、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)、聚(对亚苯基硫醚)、聚(乙炔、聚(对亚苯基亚乙烯基)或其任何组合。在一些实施例中，导电支架包含导电陶瓷。在一些实施例中，导电陶瓷包含钛酸锆钡、钛酸锶、钛酸钙、钛酸镁、钛酸钙镁、钛酸锌、钛酸镧、钛酸钕、锆酸钡、锆酸钙、铌酸铅镁、铌酸铅锌、铌酸锂、锡酸钡、锡酸钙、硅酸铝镁、硅酸镁、钽酸钡、二氧化钛、氧化铌、氧化锆、二氧化硅、蓝宝石、氧化铍、钛酸锆锡或其任何组合。在一些实施例中，导电支架由两种或更多种物质或元素的合金构成。
在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1至约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为至少约0.2:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为至多约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1至约0.4:1、约0.2:1至约0.6:1、约0.2:1至约0.8:1、约0.2:1至约1:1、约0.2:1至约1.2:1、约0.2:1至约1.4:1、约0.2:1至约1.6:1、约0.2:1至约1.8:1、约0.2:1至约2:1、约0.2:1至约2.2:1、约0.2:1至约2.4:1、约0.4:1至约0.6:1、约0.4:1至约0.8:1、约0.4:1至约1:1、约0.4:1至约1.2:1、约0.4:1至约1.4:1、约0.4:1至约1.6:1、约0.4:1至约1.8:1、约0.4:1至约2:1、约0.4:1至约2.2:1、约0.4:1至约2.4:1、约0.6:1至约0.8:1、约0.6:1至约1:1、约0.6:1至约1.2:1、约0.6:1至约1.4:1、约0.6:1至约1.6:1、约0.6:1至约1.8:1、约0.6:1至约2:1、约0.6:1至约2.2:1、约0.6:1至约2.4:1、约0.8:1至约1:1、约0.8:1至约1.2:1、约0.8:1至约1.4:1、约0.8:1至约1.6:1、约0.8:1至约1.8:1、约0.8:1至约2:1、约0.8:1至约2.2:1、约0.8:1约2.4:1、约1:1至约1.2:1、约1:1至约1.4:1、约1:1至约1.6:1、约1:1至约1.8:1、约1:1至约2:1、约1:1至约2.2:1、约1:1至约2.4:1、约1.2:1至约1.4:1、约1.2:1至约1.6:1、约1.2:1约1.8:1、约1.2:1至约2:1、约1.2:1至约2.2:1、约1.2:1至约2.4:1、约1.4:1至约1.6:1、约1.4:1约1.8:1、约1.4:1至约2:1、约1.4:1至约2.2:1、约1.4:1至约2.4:1、约1.6:1至约1.8:1、约1.6:1约2:1、约1.6:1至约2.2:1、约1.6:1至约2.4:1、约1.8:1至约2:1、约1.8:1至约2.2:1、约1.8:1约2.4:1、约2:1至约2.2:1、约2:1至约2.4:1或约2.2:1至约2.4:1。在一些实施例中，层状双氢氧化物与导电支架之间的质量比为约0.2:1、约0.4:1、约0.6:1、约0.8:1、约1:1、约1.2:1、约1.4:1、约1.6:1、约1.8:1、约2:1、约2.2:1或约2.4:1。
在一些实施例中，第一集流体包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。在一些实施例中，集流体是导电材料的网格或片，其沿着电极中的活性物质提供传导路径。
在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g至约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至少约500F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至多约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g至约750F/g、约500F/g至约1,000F/g、约500F/g至约1,250F/g、约500F/g至约1,500F/g、约500F/g至约1,750F/g、约500F/g至约2,000F/g、约500F/g至约2,250F/g、约750F/g至约1,000F/g、约750F/g至约1,250F/g、约750F/g至约1,500F/g、约750F/g至约1,750F/g、约750F/g至约2,000F/g、约750F/g至约2,250F/g、约1,000F/g至约1,250F/g、约1,000F/g至约1,500F/g、约1,000F/g至约1,750F/g、约1,000F/g至约2,000F/g、约1,000F/g至约2,250F/g、约1,250F/g至约1,500F/g、约1,250F/g至约1,750F/g约1,250F/g至约2,000F/g、约1,250F/g至约2,250F/g、约1,500F/g至约1,750F/g、约1,500F/g至约2,000F/g、约1,500F/g至约2,250F/g、约1,750F/g至约2,000F/g、约1,750F/g至约2,250F/g或约2,000F/g至约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约500F/g、约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g或约2,250F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为约1,150F/g。在一些实施例中，第一电极的电容为至少约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g约或2,250F/g。
在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至少约30mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至多约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g至约40mAh/g、约30mAh/g至约50mAh/g、约30mAh/g至约60mAh/g、约30mAh/g至约70mAh/g、约30mAh/g至约80mAh/g、约30mAh/g至约90mAh/g、约30mAh/g至约100mAh/g、约30mAh/g至约110mAh/g、约30mAh/g至约120mAh/g、约40mAh/g至约50mAh/g、约40mAh/g至约60mAh/g、约40mAh/g约70mAh/g、约40mAh/g至约80mAh/g、约40mAh/g至约90mAh/g、约40mAh/g至约100mAh/g、约40mAh/g至约110mAh/g、约40mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约90mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约110mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约90mAh/g、60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约110mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约90mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约110mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约90mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约110mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约90mAh/g约100mAh/g、约90mAh/g至约110mAh/g、约90mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约110mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g或约110mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为约30mAh/g、约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。在一些实施例中，第一电极的质量容量为至少约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。
在一些实施例中，第二电极包含氢氧化物和第二集流体。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铝、氢氧化铵、氢氧化砷、氢氧化钡、氢氧化铍、氢氧化铋(III)、氢氧化硼、氢氧化镉、氢氧化钙、氢氧化铈(III)、氢氧化铯、氢氧化铬(II)、氢氧化铬(III)、氢氧化铬(V)、氢氧化铬(VI)、氢氧化钴(II)、氢氧化钴(III)、氢氧化铜(I)、氢氧化铜(II)、氢氧化镓(II)、氢氧化镓(III)、氢氧化金(I)、氢氧化金(III)、氢氧化铟(I)、氢氧化铟(II)、氢氧化铟(III)、氢氧化铱(III)、氢氧化铁(II)、氢氧化铁(III)、氢氧化镧、氢氧化铅(II)、氢氧化铅(IV)、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化锰(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化锰(IV)、氢氧化锰(VII)、氢氧化汞(I)、氢氧化汞(II)、氢氧化钼、氢氧化钕、羟基氧化镍(nickel oxo-hydroxide)、氢氧化镍(II)、氢氧化镍(III)、氢氧化铌、氢氧化锇(IV)、氢氧化钯(II)、氢氧化钯(IV)、氢氧化铂(II)、氢氧化铂(IV)、氢氧化钚(IV)、氢氧化钾、氢氧化镭、氢氧化铷、氢氧化钌(III)、氢氧化钪、氢氧化硅、氢氧化银、氢氧化钠、氢氧化锶、氢氧化钽(V)、氢氧化锝(II)、氢氧化四甲基铵、氢氧化铊(I)、氢氧化铊(III)、氢氧化钍、氢氧化锡(II)、氢氧化锡(IV)、氢氧化钛(II)、氢氧化钛(III)、氢氧化钛(IV)、氢氧化钨(II)、铀酰氢氧化物、氢氧化钒(II)、氢氧化钒(III)、氢氧化钒(V)、氢氧化镱、氢氧化钇、氢氧化锌、氢氧化锆。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米薄片、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物纳米粉末、氢氧化物纳米花、氢氧化物纳米点、氢氧化物纳米棒、氢氧化物纳米链、氢氧化物纳米纤维、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物片状纳米颗粒、氢氧化物纳米带、氢氧化物纳米环、氢氧化物纳米片或其组合。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钯(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钯(IV)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(II)纳米粉末。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(III)纳米片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)纳米粉末。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)纳米薄片。
在一些实施例中，氢氧化物沉积在第二集流体上。在一些实施例中，第二集流体包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。
在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g至约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至少约500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至多约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g至约750F/g、约500F/g至约1,000F/g、约500F/g至约1,250F/g、约500F/g至约1,500F/g、约500F/g至约1,750F/g、约500F/g至约2,000F/g、约500F/g至约2,250F/g、约500F/g至约2,500F/g、约750F/g至约1,000F/g、约750F/g至约1,250F/g、约750F/g至约1,500F/g、约750F/g至约1,750F/g、约750F/g至约2,000F/g、约750F/g至约2,250F/g、约750F/g至约2,500F/g、约1,000F/g至约1,250F/g、约1,000F/g至约1,500F/g、约1,000F/g至约1,750F/g、约1,000F/g至约2,000F/g、约1,000F/g至约2,250F/g、约1,000F/g至约2,500F/g、约1,250F/g至约1,500F/g、约1,250F/g至约1,750F/g约1,250F/g至约2,000F/g、约1,250F/g至约2,250F/g、约1,250F/g至约2,500F/g、约1,500F/g至约1,750F/g、约1,500F/g至约2,000F/g、约1,500F/g至约2,250F/g、约1,500F/g至约2,500F/g、约1,750F/g至约2,000F/g、约1,750F/g至约2,250F/g、约1,750F/g至约2,500F/g、约2,000F/g至约2,250F/g、约2,000F/g至约2,500F/g或约2,250F/g至约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为约500F/g、约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g、约2,250F/g或约2,500F/g。在一些实施例中，第二电极的电容为至少约750F/g、约1,000F/g、约1,250F/g、约1,500F/g、约1,750F/g、约2,000F/g、约2,250F/g或约2,500F/g。
在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至少约30mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至多约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g至约40mAh/g、约30mAh/g至约50mAh/g、约30mAh/g至约60mAh/g、约30mAh/g至约70mAh/g、约30mAh/g至约80mAh/g、约30mAh/g至约90mAh/g、约30mAh/g至约100mAh/g、约30mAh/g至约110mAh/g、约30mAh/g至约120mAh/g、约40mAh/g至约50mAh/g、约40mAh/g至约60mAh/g、约40mAh/g约70mAh/g、约40mAh/g至约80mAh/g、约40mAh/g至约90mAh/g、约40mAh/g至约100mAh/g、约40mAh/g至约110mAh/g、约40mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约90mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约110mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约90mAh/g、60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约110mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约90mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约110mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约90mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约110mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约90mAh/g约100mAh/g、约90mAh/g至约110mAh/g、约90mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约110mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g或约110mAh/g至约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为约30mAh/g、约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。在一些实施例中，第二电极的质量容量为至少约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约110mAh/g或约120mAh/g。
在一些实施例中，第一电极被配置为作为正极被采用。在一些实施例中，第一电极被配置为作为负极被采用。在一些实施例中，第二电极被配置为作为正极被采用。在一些实施例中，第二电极被配置为作为负极被采用。在一些实施例中，第一电极和第二电极是相同的。
电解质是一种溶解在溶剂中会产生导电溶液的物质。在一些实施例中，电解质包含含水电解质。在一些实施例中，电解质包含碱性电解质。在一些实施例中，电解质包含碱和导电剂。
在一些实施例中，碱包含强碱。在一些实施例中，强碱包含氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡或其任何组合。在一些实施例中，强碱包含氢氧化钾。在一些实施例中，强碱包含氢氧化钙。在一些实施例中，强碱包含氢氧化钠。
在一些实施例中，导电剂包含过渡金属氧化物。在一些实施例中，过渡金属氧化物包含氧化钠(I)、氧化钾(I)、氧化亚铁(II)、氧化镁(II)、氧化钙(II)、氧化铬(III)、氧化亚铜、氧化锌(II)或其任何组合。在一些实施例中，导电剂包含半导体材料。在一些实施例中，半导体材料包含氯化亚铜、磷化镉、砷化镉、锑化镉、磷化锌、砷化锌、锑化锌、硒化镉、硫化镉、碲化镉、硒化锌、硫化锌、碲化锌、氧化锌或其任何组合。在一些实施例中，导电剂包含氧化钠(I)。在一些实施例中，导电剂包含。在一些实施例中，导电剂包含氧化亚铁(II)。在一些实施例中，导电剂包含氧化锌。
在一些实施例中，电解质的浓度为约1M至约12M。在一些实施例中，电解质的浓度为至少约1M。在一些实施例中，电解质的浓度为至多约12M。在一些实施例中，电解质的浓度为约1M至约2M、约1M至约3M、约1M至约4M、约1M至约5M、约1M至约6M、约1M至约7M、约1M至约8M、约1M至约9M、约1M至约10M、约1M至约11M、约1M至约12M、约2M至约3M、约2M至约4M、约2M至约5M、约2M至约6M、约2M至约7M、约2M至约8M、约2M至约9M、约2M至约10M、约2M至约11M、约2M至约12M、约3M至约4M、约3M至约5M、约3M至约6M、约3M至约7M、约3M至约8M、约3M至约9M、约3M至约10M、约3M至约11M、约3M至约12M、约4M至约5M、约4M至约6M、约4M至约7M、约4M至约8M、约4M至约9M、约4M至约10M、约4M至约11M、约4M至约12M、约5M至约6M、约5M至约7M、约5M至约8M、约5M至约9M、约5M至约10M、约5M至约11M、约5M至约12M、约6M至约7M、约6M至约8M、约6M至约9M、约6M至约10M、约6M至约11M、约6M至约12M、约7M至约8M、约7M至约9M、约7M至约10M、约7M至约11M、约7M至约12M、约8M至约9M、约8M至约10M、约8M至约11M、约8M至约12M、约9M至约10M、约9M至约11M、约9M至约12M、约10M至约11M、约10M至约12M或约11M至约12M。在一些实施例中，电解质的浓度为约1M、约2M、约3M、约4M、约5M、约6M、约7M、约8M、约9M、约10M、约11M或约12M。在一些实施例中，电解质的浓度为至少约2M、约3M、约4M、约5M、约6M、约7M、约8M、约9M、约10M、约11M或约12M。在一些实施例中，电解质的浓度为至多约1M、约2M、约3M、约4M、约5M、约6M、约7M、约8M、约9M、约10M或约11M。
在一些实施例中，本公开储能设备内的电解质的具体选择使得能够实现显著高的能量密度。
在一些实施例中，隔膜在第一电极和第二电极之间保持设定的距离以防止电短路，同时允许离子电荷载流子的传输。在一些实施例中，隔膜包含放置在第一电极和第二电极之间的渗透膜。在一些实施例中，隔膜包含非织造纤维、聚合物膜、陶瓷、天然材料、负载的液体膜或其任何组合。在一些实施例中，非织造纤维包括棉、尼龙、聚酯、玻璃或其任何组合。在一些实施例中，聚合物膜包含聚乙烯、聚丙烯、聚(四氟乙烯)、聚氯乙烯或其任何组合。在一些实施例中，天然材料包含橡胶、石棉、木材或其任何组合。在一些实施例中，负载的液体膜包含有含在微孔隔膜中的固相和液相。
在一些实施例中，隔膜包含定向取向纤维、无规取向纤维或其任何组合的片、网或垫。在一些实施例中，隔膜包含单层。在一些实施例中，隔膜包含多层。
在一些实施例中，储能设备包含：第一电极，包含Zn-Fe LDH/3DGA；第二电极，包含Ni(OH)2；以及电解质，包含ZnO饱和的KOH。在这些实施例中，第一电极内的电化学反应定义为：
Zn(OH)2+OH-＝ZnOOE+H2O+e-
Fe(OH)2+CH-＝FeOOH+H2O+e-
在这些实施例中，第二电极内的电化学反应定义为：
Ni(OH)2+OH--NiOOH+H2O+e-
在这些实施例中，电解质内的电化学反应定义为：
ZnO+H2O+2e-＝ZnO+2OH-
在一些实施例中，这些反应的组合使得储能设备能够通过氧化还原反应和离子吸附两者来存储能量，该储能设备在高电压下工作，并且在一个设备中既展现出电池的容量又展现出超级电容器的功率性能。
储能设备的性能
根据图20B和下面的表3，与目前可用的诸如锂离子能量设备、铅酸能量设备、镍镉能量设备、镍金属氢化物能量设备和镍锌能量设备之类的能量存储设备相比，本公开的储能设备展现出优异的质量能量密度、充电速率和充电时间。
Figure BDA0002704874750000501
表3
在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为约400Wh/kg至约1,600Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为至少约400Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为至多约1,600Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为约400Wh/kg至约500Wh/kg、约400Wh/kg至约600Wh/kg、约400Wh/kg至约700Wh/kg、约400Wh/kg至约800Wh/kg、约400Wh/kg至约900Wh/kg、约400Wh/kg至约1,000Wh/kg、约400Wh/kg至约1,100Wh/kg、约400Wh/kg至约1,200Wh/kg、约400Wh/kg至约1,300Wh/kg、约400Wh/kg至约1,400Wh/kg、约400Wh/kg至约1,600Wh/kg、约500Wh/kg至约600Wh/kg、约500Wh/kg至约700Wh/kg、约500Wh/kg至约800Wh/kg、约500Wh/kg至约900Wh/kg、约500Wh/kg至约1,000Wh/kg、约500Wh/kg至约1,100Wh/kg、约500Wh/kg至约1,200Wh/kg、约500Wh/kg至约1,300Wh/kg、约500Wh/kg至约1,400Wh/kg、约500Wh/kg至约1,600Wh/kg、约600Wh/kg至约700Wh/kg、约600Wh/kg至约800Wh/kg、约600Wh/kg至约900Wh/kg、约600Wh/kg至约1,000Wh/kg、约600Wh/kg至约1,100Wh/kg、约600Wh/kg至约1,200Wh/kg、约600Wh/kg至约1,300Wh/kg、约600Wh/kg至约1,400Wh/kg、约600Wh/kg至约1,600Wh/kg、约700Wh/kg至约800Wh/kg、约700Wh/kg至约900Wh/kg、约700Wh/kg至约1,000Wh/kg、约700Wh/kg至约1,100Wh/kg、约700Wh/kg至约1,200Wh/kg、约700Wh/kg至约1,300Wh/kg、约700Wh/kg至约1,400Wh/kg、约700Wh/kg至约1,600Wh/kg、约800Wh/kg至约900Wh/kg、约800Wh/kg至约1,000Wh/kg、约800Wh/kg至约1,100Wh/kg、约800Wh/kg至约1,200Wh/kg、约800Wh/kg至约1,300Wh/kg、约800Wh/kg至约1,400Wh/kg、约800Wh/kg至约1,600Wh/kg、约900Wh/kg至约1,000Wh/kg、约900Wh/kg至约1,100Wh/kg、约900Wh/kg至约1,200Wh/kg、约900Wh/kg至约1,300Wh/kg、约900Wh/kg至约1,400Wh/kg、约900Wh/kg至约1,600Wh/kg、约1,000Wh/kg至约1,100Wh/kg、约1,000Wh/kg至约1,200Wh/kg、约1,000Wh/kg至约1,300Wh/kg、约1,000Wh/kg至约1,400Wh/kg、约1,000Wh/kg至约1,600Wh/kg、约1,100Wh/kg至约1,200Wh/kg、约1,100Wh/kg至约1,300Wh/kg、约1,100Wh/kg至约1,400Wh/kg、约1,100Wh/kg至约1,600Wh/kg、约1,200Wh/kg至约1,300Wh/kg、约1,200Wh/kg至约1,400Wh/kg、约1,200Wh/kg至约1,600Wh/kg、约1,300Wh/kg至约1,400Wh/kg、约1,300Wh/kg至约1,600Wh/kg或约1,400Wh/kg至约1,600Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为约400Wh/kg、约500Wh/kg、约600Wh/kg、约700Wh/kg、约800Wh/kg、约900Wh/kg、约1,000Wh/kg、约1,100Wh/kg、约1,200Wh/kg、约1,300Wh/kg、约1,400Wh/kg或约1,600Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比能量密度为至少约500Wh/kg、约600Wh/kg、约700Wh/kg、约800Wh/kg、约900Wh/kg、约1,000Wh/kg、约1,100Wh/kg、约1,200Wh/kg、约1,300Wh/kg、约1,400Wh/kg或约1,600Wh/kg。
在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为约200Wh/kg至约800Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为至少约200Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为至多约800Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为约200Wh/kg至约250Wh/kg、约200Wh/kg至约300Wh/kg、约200Wh/kg至约350Wh/kg、约200Wh/kg至约400Wh/kg、约200Wh/kg至约450Wh/kg、约200Wh/kg至约500Wh/kg、约200Wh/kg至约550Wh/kg、约200Wh/kg至约600Wh/kg、约200Wh/kg至约650Wh/kg、约200Wh/kg至约700Wh/kg、约200Wh/kg至约800Wh/kg、约250Wh/kg至约300Wh/kg、约250Wh/kg至约350Wh/kg、约250Wh/kg至约400Wh/kg、约250Wh/kg至约450Wh/kg、约250Wh/kg至约500Wh/kg、约250Wh/kg至约550Wh/kg、约250Wh/kg至约600Wh/kg、约250Wh/kg至约650Wh/kg、约250Wh/kg至约700Wh/kg、约250Wh/kg至约800Wh/kg、约300Wh/kg至约350Wh/kg、约300Wh/kg至约400Wh/kg、约300Wh/kg至约450Wh/kg、约300Wh/kg至约500Wh/kg、约300Wh/kg至约550Wh/kg、约300Wh/kg至约600Wh/kg、约300Wh/kg至约650Wh/kg、约300Wh/kg至约700Wh/kg、约300Wh/kg至约800Wh/kg、约350Wh/kg至约400Wh/kg、约350Wh/kg至约450Wh/kg、约350Wh/kg至约500Wh/kg、约350Wh/kg至约550Wh/kg、约350Wh/kg至约600Wh/kg、约350Wh/kg至约650Wh/kg、约350Wh/kg至约700Wh/kg、约350Wh/kg至约800Wh/kg、约400Wh/kg至约450Wh/kg、约400Wh/kg至约500Wh/kg、约400Wh/kg至约550Wh/kg、约400Wh/kg至约600Wh/kg、约400Wh/kg至约650Wh/kg、约400Wh/kg至约700Wh/kg、约400Wh/kg至约800Wh/kg、约450Wh/kg至约500Wh/kg、约450Wh/kg至约550Wh/kg、约450Wh/kg至约600Wh/kg、约450Wh/kg至约650Wh/kg、约450Wh/kg至约700Wh/kg、约450Wh/kg至约800Wh/kg、约500Wh/kg至约550Wh/kg、约500Wh/kg至约600Wh/kg、约500Wh/kg至约650Wh/kg、约500Wh/kg至约700Wh/kg、约500Wh/kg至约800Wh/kg、约550Wh/kg至约600Wh/kg、约550Wh/kg至约650Wh/kg、约550Wh/kg至约700Wh/kg、约550Wh/kg至约800Wh/kg、约600Wh/kg至约650Wh/kg、约600Wh/kg至约700Wh/kg、约600Wh/kg至约800Wh/kg、约650Wh/kg至约700Wh/kg、约650Wh/kg至约800Wh/kg或约700Wh/kg至约800Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为约200Wh/kg、约250Wh/kg、约300Wh/kg、约350Wh/kg、约400Wh/kg、约450Wh/kg、约500Wh/kg、约550Wh/kg、约600Wh/kg、约650Wh/kg、约700Wh/kg或约800Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总质量能量密度为至少约250Wh/kg、约300Wh/kg、约350Wh/kg、约400Wh/kg、约450Wh/kg、约500Wh/kg、约550Wh/kg、约600Wh/kg、约650Wh/kg、约700Wh/kg或约800Wh/kg。
在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为约300Wh/kg至约1,500Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为至少约300Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为至多约1,500Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为约300Wh/L至约400Wh/L、约300Wh/L至约500Wh/L、约300Wh/L至约600Wh/L、约300Wh/L至约700Wh/L、约300Wh/L至约800Wh/L、约300Wh/L至约900Wh/L、约300Wh/L至约1,000Wh/L、约300Wh/L至约1,100Wh/L、约300Wh/L至约1,200Wh/L、约300Wh/L至约1,300Wh/L、约300Wh/L至约1,500Wh/L、约400Wh/L至约500Wh/L、约400Wh/L至约600Wh/L、约400Wh/L至约700Wh/L、约400Wh/L至约800Wh/L、约400Wh/L至约900Wh/L、约400Wh/L至约1,000Wh/L、约400Wh/L至约1,100Wh/L、约400Wh/L至约1,200Wh/L、约400Wh/L至约1,300Wh/L、约400Wh/L至约1,500Wh/L、约500Wh/L至约600Wh/L、约500Wh/L至约700Wh/L、约500Wh/L至约800Wh/L、约500Wh/L至约900Wh/L、约500Wh/L至约1,000Wh/L、约500Wh/L至约1,100Wh/L、约500Wh/L至约1,200Wh/L、约500Wh/L至约1,300Wh/L、约500Wh/L至约1,500Wh/L、约600Wh/L至约700Wh/L、约600Wh/L至约800Wh/L、约600Wh/L至约900Wh/L、约600Wh/L至约1,000Wh/L、约600Wh/L至约1,100Wh/L、约600Wh/L至约1,200Wh/L、约600Wh/L至约1,300Wh/L、约600Wh/L至约1,500Wh/L、约700Wh/L至约800Wh/L、约700Wh/L至约900Wh/L、约700Wh/L至约1,000Wh/L、约700Wh/L至约1,100Wh/L、约700Wh/L至约1,200Wh/L、约700Wh/L至约1,300Wh/L、约700Wh/L至约1,500Wh/L、约800Wh/L至约900Wh/L、约800Wh/L至约1,000Wh/L、约800Wh/L至约1,100Wh/L、约800Wh/L至约1,200Wh/L、约800Wh/L至约1,300Wh/L、约800Wh/L至约1,500Wh/L、约900Wh/L至约1,000Wh/L、约900Wh/L至约1,100Wh/L、约900Wh/L至约1,200Wh/L、约900Wh/L至约1,300Wh/L、约900Wh/L至约1,500Wh/L、约1,000Wh/L至约1,100Wh/L、约1,000Wh/L至约1,200Wh/L、约1,000Wh/L至约1,300Wh/L、约1,000Wh/L至约1,500Wh/L、约1,100Wh/L至约1,200Wh/L、约1,100Wh/L至约1,300Wh/L、约1,100Wh/L至约1,500Wh/L、约1,200Wh/L至约1,300Wh/L、约1,200Wh/L至约1,500Wh/L或约1,300Wh/L至约1,500Wh/L。在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为约300Wh/L、约400Wh/L、约500Wh/L、约600Wh/L、约700Wh/L、约800Wh/L、约900Wh/L、约1,000Wh/L、约1,100Wh/L、约1,200Wh/L、约1,300Wh/L或约1,500Wh/L。在一些实施例中，储能设备的总体积能量密度为至少约400Wh/L、约500Wh/L、约600Wh/L、约700Wh/L、约800Wh/L、约900Wh/L、约1,000Wh/L、约1,100Wh/L、约1,200Wh/L、约1,300Wh/L或约1,500Wh/L。
在一些实施例中，根据图20C，储能设备的活性物质比功率密度为约75Wh/kg至约270Wh/kg。在一些实施例中，储能设备的活性物质比功率密度为约140kW/kg。相比之下，锂离子电池、镍镉电池、镍金属氢化物电池和铅酸电池的总能量密度小于200Wh/kg。进一步相比之下，高功率锂离子电池的能量密度小于100Wh/kg，并且商用超级电容器展现出小于40Wh/kg的能量密度。
在一些实施例中，储能设备的总功率密度为约30kW/kg至约120kW/kg。在一些实施例中，储能设备的总功率密度为至少约30kW/kg。在一些实施例中，储能设备的总功率密度为至多约120kW/kg。在一些实施例中，储能设备的总功率密度为约30kW/kg至约40kW/kg、约30kW/kg至约50kW/kg、约30kW/kg至约60kW/kg、约30kW/kg至约70kW/kg、约30kW/kg至约80kW/kg、约30kW/kg至约90kW/kg、约30kW/kg至约100kW/kg、约30kW/kg至约110kW/kg、约30kW/kg至约120kW/kg、约40kW/kg至约50kW/kg、约40kW/kg至约60kW/kg、约40kW/kg至约70kW/kg、约40kW/kg至约80kW/kg、约40kW/kg至约90kW/kg、约40kW/kg至约100kW/kg、约40kW/kg至约110kW/kg、约40kW/kg至约120kW/kg、约50kW/kg至约60kW/kg、约50kW/kg至约70kW/kg、约50kW/kg至约80kW/kg、约50kW/kg至约90kW/kg、约50kW/kg至约100kW/kg、约50kW/kg至约110kW/kg、约50kW/kg至约120kW/kg、约60kW/kg至约70kW/kg、约60kW/kg至约80kW/kg、约60kW/kg至约90kW/kg、约60kW/kg至约100kW/kg、约60kW/kg至约110kW/kg、约60kW/kg至约120kW/kg、约70kW/kg至约80kW/kg、约70kW/kg至约90kW/kg、约70kW/kg至约100kW/kg、约70kW/kg至约110kW/kg、约70kW/kg至约120kW/kg、约80kW/kg至约90kW/kg、约80kW/kg至约100kW/kg、约80kW/kg至约110kW/kg、约80kW/kg至约120kW/kg、约90kW/kg至约100kW/kg、约90kW/kg至约110kW/kg、约90kW/kg至约120kW/kg、约100kW/kg至约110kW/kg、约100kW/kg至约120kW/kg或约110kW/kg至约120kW/kg。在一些实施例中，储能设备的总功率密度为约30kW/kg、约40kW/kg、约50kW/kg、约60kW/kg、约70kW/kg、约80kW/kg、约90kW/kg、约100kW/kg、约110kW/kg或约120kW/kg。在一些实施例中，储能设备的总功率密度为至少约40kW/kg、约50kW/kg、约60kW/kg、约70kW/kg、约80kW/kg、约90kW/kg、约100kW/kg、约110kW/kg或约120kW/kg。
相比之下，锂离子电池、镍镉电池、镍金属氢化物电池和铅酸电池的总功率密度小于10kW/kg。
在一些实施例中，在本公开的储能设备的所展现出的容量优于在相同条件下测试的市售储能设备。在一些实施例中，本文描述的设备化学、活性物质和电解质的特定组合形成在高电压下操作并且在一个设备中既展现出电池的容量又展现出超级电容器的功率性能的储能设备。在一些实施例中，本公开的储能设备比传统的锂离子电池存储更多的电荷。
进一步地，图20A示出了本文描述的示例性储能设备的容量和工作电压显著优于当前的储能设备。
在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh至约10,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为至少约2,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为至多约10,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh至约2,500mAh、约2,000mAh至约3,000mAh、约2,000mAh至约3,500mAh、约2,000mAh至约4,000mAh、约2,000mAh至约4,500mAh、约2,000mAh至约5,000mAh、约2,000mAh至约5,500mAh、约2,000mAh至约6,000mAh、约2,000mAh至约7,000mAh、约2,000mAh至约8,000mAh、约2,000mAh至约10,000mAh、约2,500mAh至约3,000mAh、约2,500mAh至约3,500mAh、约2,500mAh至约4,000mAh、约2,500mAh至约4,500mAh、约2,500mAh至约5,000mAh、约2,500mAh至约5,500mAh、约2,500mAh至约6,000mAh、约2,500mAh至约7,000mAh、约2,500mAh至约8,000mAh、约2,500mAh至约10,000mAh、约3,000mAh至约3,500mAh、约3,000mAh至约4,000mAh、约3,000mAh至约4,500mAh、约3,000mAh至约5,000mAh、约3,000mAh至约5,500mAh、约3,000mAh至约6,000mAh、约3,000mAh至约7,000mAh、约3,000mAh至约8,000mAh、约3,000mAh至约10,000mAh、约3,500mAh至约4,000mAh、约3,500mAh至约4,500mAh、约3,500mAh至约5,000mAh、约3,500mAh至约5,500mAh、约3,500mAh至约6,000mAh、约3,500mAh至约7,000mAh、约3,500mAh至约8,000mAh、约3,500mAh至约10,000mAh、约4,000mAh至约4,500mAh、约4,000mAh至约5,000mAh、约4,000mAh至约5,500mAh、约4,000mAh至约6,000mAh、约4,000mAh至约7,000mAh、约4,000mAh至约8,000mAh、约4,000mAh至约10,000mAh、约4,500mAh至约5,000mAh、约4,500mAh至约5,500mAh、约4,500mAh至约6,000mAh、约4,500mAh至约7,000mAh、约4,500mAh至约8,000mAh、约4,500mAh至约10,000mAh、约5,000mAh至约5,500mAh、约5,000mAh至约6,000mAh、约5,000mAh至约7,000mAh、约5,000mAh至约8,000mAh、约5,000mAh至约10,000mAh、约5,500mAh至约6,000mAh、约5,500mAh至约7,000mAh、约5,500mAh至约8,000mAh、约5,500mAh至约10,000mAh、约6,000mAh至约7,000mAh、约6,000mAh至约8,000mAh、约6,000mAh至约10,000mAh、约7,000mAh至约8,000mAh、约7,000mAh至约10,000mAh或约8,000mAh至约10,000mAh的电芯比容量。在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh、约2,500mAh、约3,000mAh、约3,500mAh、约4,000mAh、约4,500mAh、约5,000mAh、约5,500mAh、约6,000mAh、约7,000mAh、约8,000mAh或约10,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.7V的电压下的电芯比容量为至少约2,500mAh、约3,000mAh、约3,500mAh、约4,000mAh、约4,500mAh、约5,000mAh、约5,500mAh、约6,000mAh、约7,000mAh、约8,000mAh或约10,000mAh。
在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh至约8,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为至少约2,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为至多约8,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh至约2,500mAh、约2,000mAh至约3,000mAh、约2,000mAh至约3,500mAh、约2,000mAh至约4,000mAh、约2,000mAh至约4,500mAh、约2,000mAh至约5,000mAh、约2,000mAh至约5,500mAh、约2,000mAh至约6,000mAh、约2,000mAh至约7,000mAh、约2,000mAh至约8,000mAh、约2,500mAh至约3,000mAh、约2,500mAh至约3,500mAh、约2,500mAh至约4,000mAh、约2,500mAh至约4,500mAh、约2,500mAh至约5,000mAh、约2,500mAh至约5,500mAh、约2,500mAh至约6,000mAh、约2,500mAh至约7,000mAh、约2,500mAh至约8,000mAh、约3,000mAh至约3,500mAh、约3,000mAh至约4,000mAh、约3,000mAh至约4,500mAh、约3,000mAh至约5,000mAh、约3,000mAh至约5,500mAh、约3,000mAh至约6,000mAh、约3,000mAh至约7,000mAh、约3,000mAh至约8,000mAh、约3,500mAh至约4,000mAh、约3,500mAh至约4,500mAh、约3,500mAh至约5,000mAh、约3,500mAh至约5,500mAh、约3,500mAh至约6,000mAh、约3,500mAh至约7,000mAh、约3,500mAh至约8,000mAh、约4,000mAh至约4,500mAh、约4,000mAh至约5,000mAh、约4,000mAh至约5,500mAh、约4,000mAh至约6,000mAh、约4,000mAh至约7,000mAh、约4,000mAh至约8,000mAh、约4,500mAh至约5,000mAh、约4,500mAh至约5,500mAh、约4,500mAh至约6,000mAh、约4,500mAh至约7,000mAh、约4,500mAh至约8,000mAh、约5,000mAh至约5,500mAh、约5,000mAh至约6,000mAh、约5,000mAh至约7,000mAh、约5,000mAh至约8,000mAh、约5,500mAh至约6,000mAh、约5,500mAh至约7,000mAh、约5,500mAh至约8,000mAh、约6,000mAh至约7,000mAh、约6,000mAh至约8,000mAh或约7,000mAh至约8,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为约2,000mAh、约2,500mAh、约3,000mAh、约3,500mAh、约4,000mAh、约4,500mAh、约5,000mAh、约5,500mAh、约6,000mAh、约7,000mAh或约8,000mAh。在一些实施例中，储能设备在约1.5V的电压下的电芯比容量为至少约2,500mAh、约3,000mAh、约3,500mAh、约4,000mAh、约4,500mAh、约5,000mAh、约5,500mAh、约6,000mAh、约7,000mAh或约8,000mAh。
相比之下，在工作电压分别为2.2V至3.8V、1.3V至1.6V、1.15至1.25和1.1V至1.25V时，锂离子电池、碱性超级电容器、镍镉电池和镍金属氢化物电池的容量分别小于50mAh、20mAh、1,000mAh和2600mAh。
这样，本文描述的设备化学、活性物质和电解质的特定组合形成在高电压下操作并且在一个设备中既展现出电池的容量又展现出超级电容器的功率性能的储能设备。本文描述的储能设备的优异电性能能够实现快速可靠的电荷存储和分配。
根据图16和下面的表4，本公开的储能设备展现出明显有利的比容量和充电速率。
Figure BDA0002704874750000551
Figure BDA0002704874750000561
表4
在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g至约1,000mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为至少约250mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为至多约1,000mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g至约300mAh/g、约250mAh/g至约350mAh/g、约250mAh/g至约400mAh/g、约250mAh/g至约450mAh/g、约250mAh/g至约500mAh/g、约250mAh/g至约550mAh/g、约250mAh/g至约600mAh/g、约250mAh/g至约650mAh/g、约250mAh/g至约700mAh/g、约250mAh/g至约800mAh/g、约250mAh/g至约1,000mAh/g、约300mAh/g至约350mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约450mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约550mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约650mAh/g、约300mAh/g至约700mAh/g、约300mAh/g至约800mAh/g、约300mAh/g至约1,000mAh/g、约350mAh/g至约400mAh/g、约350mAh/g至约450mAh/g、约350mAh/g至约500mAh/g、约350mAh/g至约550mAh/g、约350mAh/g至约600mAh/g、约350mAh/g至约650mAh/g、约350mAh/g至约700mAh/g、约350mAh/g至约800mAh/g、约350mAh/g至约1,000mAh/g、约400mAh/g至约450mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约550mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约650mAh/g、约400mAh/g至约700mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约1,000mAh/g、约450mAh/g至约500mAh/g、约450mAh/g至约550mAh/g、约450mAh/g至约600mAh/g、约450mAh/g至约650mAh/g、约450mAh/g至约700mAh/g、约450mAh/g至约800mAh/g、约450mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约550mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约650mAh/g、约500mAh/g至约700mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约550mAh/g至约600mAh/g、约550mAh/g至约650mAh/g、约550mAh/g至约700mAh/g、约550mAh/g至约800mAh/g、约550mAh/g至约1,000mAh/g、约600mAh/g至约650mAh/g、约600mAh/g至约700mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约1,000mAh/g、约650mAh/g至约700mAh/g、约650mAh/g至约800mAh/g、约650mAh/g至约1,000mAh/g、约700mAh/g至约800mAh/g、约700mAh/g至约1,000mAh/g或约800mAh/g至约1,000mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g、约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g、约650mAh/g、约700mAh/g、约800mAh/g或约1,000mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约1C的放电速率下的质量容量为至少约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g、约650mAh/g、约700mAh/g、约800mAh/g或约1,000mAh/g。
在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g至约800mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为至少约250mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为至多约800mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g至约300mAh/g、约250mAh/g至约350mAh/g、约250mAh/g至约400mAh/g、约250mAh/g至约450mAh/g、约250mAh/g至约500mAh/g、约250mAh/g至约550mAh/g、约250mAh/g至约600mAh/g、约250mAh/g至约650mAh/g、约250mAh/g至约700mAh/g、约250mAh/g至约800mAh/g、约300mAh/g至约350mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约450mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约550mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约650mAh/g、约300mAh/g至约700mAh/g、约300mAh/g至约800mAh/g、约350mAh/g至约400mAh/g、约350mAh/g至约450mAh/g、约350mAh/g至约500mAh/g、约350mAh/g至约550mAh/g、约350mAh/g至约600mAh/g、约350mAh/g至约650mAh/g、约350mAh/g至约700mAh/g、约350mAh/g至约800mAh/g、约400mAh/g至约450mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约550mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约650mAh/g、约400mAh/g至约700mAh/g、约400mAh/g至约800mAh/g、约450mAh/g至约500mAh/g、约450mAh/g至约550mAh/g、约450mAh/g至约600mAh/g、约450mAh/g至约650mAh/g、约450mAh/g至约700mAh/g、约450mAh/g至约800mAh/g、约500mAh/g至约550mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约650mAh/g、约500mAh/g至约700mAh/g、约500mAh/g至约800mAh/g、约550mAh/g至约600mAh/g、约550mAh/g至约650mAh/g、约550mAh/g至约700mAh/g、约550mAh/g至约800mAh/g、约600mAh/g至约650mAh/g、约600mAh/g至约700mAh/g、约600mAh/g至约800mAh/g、约650mAh/g至约700mAh/g、约650mAh/g至约800mAh/g或约700mAh/g至约800mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为约250mAh/g、约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g、约650mAh/g、约700mAh/g或约800mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约2C的放电速率下的质量容量为至少约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g、约650mAh/g、约700mAh/g或约800mAh/g。
在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为约150mAh/g至约650mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为至少约150mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为至多约650mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为约150mAh/g至约200mAh/g、约150mAh/g至约250mAh/g、约150mAh/g至约300mAh/g、约150mAh/g至约350mAh/g、约150mAh/g至约400mAh/g、约150mAh/g至约450mAh/g、约150mAh/g至约500mAh/g、约150mAh/g至约550mAh/g、约150mAh/g至约600mAh/g、约150mAh/g至约650mAh/g、约200mAh/g至约250mAh/g、约200mAh/g至约300mAh/g、约200mAh/g至约350mAh/g、约200mAh/g至约400mAh/g、约200mAh/g至约450mAh/g、约200mAh/g至约500mAh/g、约200mAh/g至约550mAh/g、约200mAh/g至约600mAh/g、约200mAh/g至约650mAh/g、约250mAh/g至约300mAh/g、约250mAh/g至约350mAh/g、约250mAh/g至约400mAh/g、约250mAh/g至约450mAh/g、约250mAh/g至约500mAh/g、约250mAh/g至约550mAh/g、约250mAh/g至约600mAh/g、约250mAh/g至约650mAh/g、约300mAh/g至约350mAh/g、约300mAh/g至约400mAh/g、约300mAh/g至约450mAh/g、约300mAh/g至约500mAh/g、约300mAh/g至约550mAh/g、约300mAh/g至约600mAh/g、约300mAh/g至约650mAh/g、约350mAh/g至约400mAh/g、约350mAh/g至约450mAh/g、约350mAh/g至约500mAh/g、约350mAh/g至约550mAh/g、约350mAh/g至约600mAh/g、约350mAh/g至约650mAh/g、约400mAh/g至约450mAh/g、约400mAh/g至约500mAh/g、约400mAh/g至约550mAh/g、约400mAh/g至约600mAh/g、约400mAh/g至约650mAh/g、约450mAh/g至约500mAh/g、约450mAh/g至约550mAh/g、约450mAh/g至约600mAh/g、约450mAh/g至约650mAh/g、约500mAh/g至约550mAh/g、约500mAh/g至约600mAh/g、约500mAh/g至约650mAh/g、约550mAh/g至约600mAh/g、约550mAh/g至约650mAh/g或约600mAh/g至约650mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为约150mAh/g、约200mAh/g、约250mAh/g、约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g或约650mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约10C的放电速率下的质量容量为至少约200mAh/g、约250mAh/g、约300mAh/g、约350mAh/g、约400mAh/g、约450mAh/g、约500mAh/g、约550mAh/g、约600mAh/g或约650mAh/g。
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在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为约60mAh/g至约240mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为至少约60mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为至多约240mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约140mAh/g、约60mAh/g至约160mAh/g、约60mAh/g至约180mAh/g、约60mAh/g至约200mAh/g、约60mAh/g至约220mAh/g、约60mAh/g至约240mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约140mAh/g、约80mAh/g至约160mAh/g、约80mAh/g至约180mAh/g、约80mAh/g至约200mAh/g、约80mAh/g至约220mAh/g、约80mAh/g至约240mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约140mAh/g、约100mAh/g至约160mAh/g、约100mAh/g至约180mAh/g、约100mAh/g至约200mAh/g、约100mAh/g至约220mAh/g、约100mAh/g至约240mAh/g、约120mAh/g至约140mAh/g、约120mAh/g至约160mAh/g、约120mAh/g至约180mAh/g、约120mAh/g至约200mAh/g、约120mAh/g至约220mAh/g、约120mAh/g至约240mAh/g、约140mAh/g至约160mAh/g、约140mAh/g至约180mAh/g、约140mAh/g至约200mAh/g、约140mAh/g至约220mAh/g、约140mAh/g至约240mAh/g、约160mAh/g至约180mAh/g、约160mAh/g至约200mAh/g、约160mAh/g至约220mAh/g、约160mAh/g至约240mAh/g、约180mAh/g至约200mAh/g、约180mAh/g至约220mAh/g、约180mAh/g至约240mAh/g、约200mAh/g至约220mAh/g、约200mAh/g至约240mAh/g或约220mAh/g至约240mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为约60mAh/g、约80mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约140mAh/g、约160mAh/g、约180mAh/g、约200mAh/g、约220mAh/g或约240mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约100C的放电速率下的质量容量为至少约80mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约140mAh/g、约160mAh/g、约180mAh/g、约200mAh/g、约220mAh/g或约240mAh/g。
在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为约45mAh/g至约180mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为至少约45mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为至多约180mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为约45mAh/g至约50mAh/g、约45mAh/g至约60mAh/g、约45mAh/g至约70mAh/g、约45mAh/g至约80mAh/g、约45mAh/g至约100mAh/g、约45mAh/g至约120mAh/g、约45mAh/g至约130mAh/g、约45mAh/g至约140mAh/g、约45mAh/g至约150mAh/g、约45mAh/g至约160mAh/g、约45mAh/g至约180mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约130mAh/g、约50mAh/g至约140mAh/g、约50mAh/g至约150mAh/g、约50mAh/g至约160mAh/g、约50mAh/g至约180mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约130mAh/g、约60mAh/g至约140mAh/g、约60mAh/g至约150mAh/g、约60mAh/g至约160mAh/g、约60mAh/g至约180mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约130mAh/g、约70mAh/g至约140mAh/g、约70mAh/g至约150mAh/g、约70mAh/g至约160mAh/g、约70mAh/g至约180mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约130mAh/g、约80mAh/g至约140mAh/g、约80mAh/g至约150mAh/g、约80mAh/g至约160mAh/g、约80mAh/g至约180mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约130mAh/g、约100mAh/g至约140mAh/g、约100mAh/g至约150mAh/g、约100mAh/g至约160mAh/g、约100mAh/g至约180mAh/g、约120mAh/g至约130mAh/g、约120mAh/g至约140mAh/g、约120mAh/g至约150mAh/g、约120mAh/g至约160mAh/g、约120mAh/g至约180mAh/g、约130mAh/g至约140mAh/g、约130mAh/g至约150mAh/g、约130mAh/g至约160mAh/g、约130mAh/g至约180mAh/g、约140mAh/g至约150mAh/g、约140mAh/g至约160mAh/g、约140mAh/g至约180mAh/g、约150mAh/g至约160mAh/g、约150mAh/g至约180mAh/g或约160mAh/g至约180mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为约45mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约130mAh/g、约140mAh/g、约150mAh/g、约160mAh/g或约180mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约160C的放电速率下的质量容量为至少约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约130mAh/g、约140mAh/g、约150mAh/g、约160mAh/g或约180mAh/g。
在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为约35mAh/g至约150mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为至少约35mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为至多约150mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为约35mAh/g至约40mAh/g、约35mAh/g至约50mAh/g、约35mAh/g至约60mAh/g、约35mAh/g至约70mAh/g、约35mAh/g至约80mAh/g、约35mAh/g至约90mAh/g、约35mAh/g至约100mAh/g、约35mAh/g至约120mAh/g、约35mAh/g至约130mAh/g、约35mAh/g至约140mAh/g、约35mAh/g至约150mAh/g、约40mAh/g至约50mAh/g、约40mAh/g至约60mAh/g、约40mAh/g至约70mAh/g、约40mAh/g至约80mAh/g、约40mAh/g至约90mAh/g、约40mAh/g至约100mAh/g、约40mAh/g至约120mAh/g、约40mAh/g至约130mAh/g、约40mAh/g至约140mAh/g、约40mAh/g至约150mAh/g、约50mAh/g至约60mAh/g、约50mAh/g至约70mAh/g、约50mAh/g至约80mAh/g、约50mAh/g至约90mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约120mAh/g、约50mAh/g至约130mAh/g、约50mAh/g至约140mAh/g、约50mAh/g至约150mAh/g、约60mAh/g至约70mAh/g、约60mAh/g至约80mAh/g、约60mAh/g至约90mAh/g、约60mAh/g至约100mAh/g、约60mAh/g至约120mAh/g、约60mAh/g至约130mAh/g、约60mAh/g至约140mAh/g、约60mAh/g至约150mAh/g、约70mAh/g至约80mAh/g、约70mAh/g至约90mAh/g、约70mAh/g至约100mAh/g、约70mAh/g至约120mAh/g、约70mAh/g至约130mAh/g、约70mAh/g至约140mAh/g、约70mAh/g至约150mAh/g、约80mAh/g至约90mAh/g、约80mAh/g至约100mAh/g、约80mAh/g至约120mAh/g、约80mAh/g至约130mAh/g、约80mAh/g至约140mAh/g、约80mAh/g至约150mAh/g、约90mAh/g至约100mAh/g、约90mAh/g至约120mAh/g、约90mAh/g至约130mAh/g、约90mAh/g至约140mAh/g、约90mAh/g至约150mAh/g、约100mAh/g至约120mAh/g、约100mAh/g至约130mAh/g、约100mAh/g至约140mAh/g、约100mAh/g至约150mAh/g、约120mAh/g至约130mAh/g、约120mAh/g至约140mAh/g、约120mAh/g至约150mAh/g、约130mAh/g至约140mAh/g、约130mAh/g至约150mAh/g或约140mAh/g至约150mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为约35mAh/g、约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约130mAh/g、约140mAh/g或约150mAh/g。在一些实施例中，储能设备在约200C的放电速率下的质量容量为至少约40mAh/g、约50mAh/g、约60mAh/g、约70mAh/g、约80mAh/g、约90mAh/g、约100mAh/g、约120mAh/g、约130mAh/g、约140mAh/g或约150mAh/g。
在一些实施例中，储能设备的充电速率为约5mAh/g至约1,600mAh/g。在一些实施例中，储能设备的充电速率为至少约5mAh/g。在一些实施例中，储能设备的充电速率为至多约1,600mAh/g。在一些实施例中，储能设备的充电速率为约5mAh/g至约10mAh/g、约5mAh/g至约20mAh/g、约5mAh/g至约50mAh/g、约5mAh/g至约100mAh/g、约5mAh/g至约200mAh/g、约5mAh/g至约500mAh/g、约5mAh/g至约1,000mAh/g、约5mAh/g至约1,200mAh/g、约5mAh/g至约1,600mAh/g、约10mAh/g至约20mAh/g、约10mAh/g至约50mAh/g、约10mAh/g至约100mAh/g、约10mAh/g至约200mAh/g、约10mAh/g至约500mAh/g、约10mAh/g至约1,000mAh/g、约10mAh/g至约1,200mAh/g、约10mAh/g至约1,600mAh/g、约20mAh/g至约50mAh/g、约20mAh/g至约100mAh/g、约20mAh/g至约200mAh/g、约20mAh/g至约500mAh/g、约20mAh/g至约1,000mAh/g、约20mAh/g至约1,200mAh/g、约20mAh/g至约1,600mAh/g、约50mAh/g至约100mAh/g、约50mAh/g至约200mAh/g、约50mAh/g至约500mAh/g、约50mAh/g至约1,000mAh/g、约50mAh/g至约1,200mAh/g、约50mAh/g至约1,600mAh/g、约100mAh/g至约200mAh/g、约100mAh/g至约500mAh/g、约100mAh/g至约1,000mAh/g、约100mAh/g至约1,200mAh/g、约100mAh/g至约1,600mAh/g、约200mAh/g至约500mAh/g、约200mAh/g至约1,000mAh/g、约200mAh/g至约1,200mAh/g、约200mAh/g至约1,600mAh/g、约500mAh/g至约1,000mAh/g、约500mAh/g至约1,200mAh/g、约500mAh/g至约1,600mAh/g、约1,000mAh/g至约1,200mAh/g、约1,000mAh/g至约1,600mAh/g或约1,200mAh/g至约1,600mAh/g。在一些实施例中，储能设备的充电速率为约5mAh/g、约10mAh/g、约20mAh/g、约50mAh/g、约100mAh/g、约200mAh/g、约500mAh/g、约1,000mAh/g、约1,200mAh/g或约1,600mAh/g。在一些实施例中，储能设备的充电速率为至少约10mAh/g、约20mAh/g、约50mAh/g、约100mAh/g、约200mAh/g、约500mAh/g、约1,000mAh/g、约1,200mAh/g或约1,600mAh/g。
在一些实施例中，本公开的储能设备展现出优异的倍率性能和高达约847C的超快充电/放电速率。在一些实施例中，储能设备的充电速率为约100C至约1,600C。充电速率或C速率是储能设备相对于其最大容量充电时速率的度量。充电速率为0.5C、1C和200C时，储能设备充满电分别需要2小时、1小时和18秒钟。
在一些实施例中，与给常规电池充电所需的小时相比，本公开的储能设备可以在短短几秒钟内再充电。在一些实施例中，储能设备的充电时间为约1.5秒至约3,000秒。在一些实施例中，储能设备的充电时间为至少约1.5秒。在一些实施例中，储能设备的充电时间为至多约3,000秒。在一些实施例中，储能设备的充电时间为约1.5秒至约2秒、约1.5秒至约5秒、约1.5秒至约10秒、约1.5秒至约20秒、约1.5秒至约50秒、约1.5秒至约100秒、约1.5秒至约200秒、约1.5秒至约500秒、约1.5秒至约1,000秒、约1.5秒至约2,000秒、约1.5秒至约3,000秒、约2秒至约5秒、约2秒至约10秒、约2秒至约20秒、约2秒至约50秒、约2秒至约100秒、约2秒至约200秒、约2秒至约500秒、约2秒至约1,000秒、约2秒至约2,000秒、约2秒至约3,000秒、约5秒至约10秒、约5秒至约20秒、约5秒至约50秒、约5秒至约100秒、约5秒至约200秒、约5秒至约500秒、约5秒至约1,000秒、约5秒至约2,000秒、约5秒至约3,000秒、约10秒至约20秒、约10秒至约50秒、约10秒至约100秒、约10秒至约200秒、约10秒至约500秒、约10秒至约1,000秒、约10秒至约2,000秒、约10秒至约3,000秒、约20秒至约50秒、约20秒至约100秒、约20秒至约200秒、约20秒至约500秒、约20秒至约1,000秒、约20秒至约2,000秒、约20秒至约3,000秒、约50秒至约100秒、约50秒至约200秒、约50秒至约500秒、约50秒至约1,000秒、约50秒至约2,000秒、约50秒至约3,000秒、约100秒至约200秒、约100秒至约500秒、约100秒至约1,000秒、约100秒至约2,000秒、约100秒至约3,000秒、约200秒至约500秒、约200秒至约1,000秒、约200秒至约2,000秒、约200秒至约3,000秒、约500秒至约1,000秒、约500秒至约2,000秒、约500秒至约3,000秒、约1,000秒至约2,000秒、约1,000秒至约3,000秒或约2,000秒至约3,000秒。在一些实施例中，储能设备的充电时间为约1.5秒、约2秒、约5秒、约10秒、约20秒、约50秒、约100秒、约200秒、约500秒、约1,000秒、约2,000秒或约3,000秒。在一些实施例中，储能设备的充电时间为至多约1.5秒、约2秒、约5秒、约10秒、约20秒、约50秒、约100秒、约200秒、约500秒、约1,000秒、约2,000秒或约3,000秒。
18650尺寸因数将储能设备的尺寸定义为圆形，直径为约16mm，长度为约65mm。
在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为约2毫欧姆至约10毫欧姆。在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为至少约2毫欧姆。在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为至多约10毫欧姆。在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为约2毫欧姆至约2.5毫欧姆、约2毫欧姆至约3毫欧姆、约2毫欧姆至约3.5毫欧姆、约2毫欧姆至约4毫欧姆、约2毫欧姆至约4.5毫欧姆、约2毫欧姆至约5毫欧姆、约2毫欧姆至约6毫欧姆、约2毫欧姆至约7毫欧姆、约2毫欧姆至约8毫欧姆、约2毫欧姆至约10毫欧姆、约2.5毫欧姆至约3毫欧姆、约2.5毫欧姆至约3.5毫欧姆、约2.5毫欧姆至约4毫欧姆、约2.5毫欧姆至约4.5毫欧姆、约2.5毫欧姆至约5毫欧姆、约2.5毫欧姆至约6毫欧姆、约2.5毫欧姆至约7毫欧姆、约2.5毫欧姆至约8毫欧姆、约2.5毫欧姆至约10毫欧姆、约3毫欧姆至约3.5毫欧姆、约3毫欧姆至约4毫欧姆、约3毫欧姆至约4.5毫欧姆、约3毫欧姆至约5毫欧姆、约3毫欧姆至约6毫欧姆、约3毫欧姆至约7毫欧姆、约3毫欧姆至约8毫欧姆、约3毫欧姆至约10毫欧姆、约3.5毫欧姆至约4毫欧姆、约3.5毫欧姆至约4.5毫欧姆、约3.5毫欧姆至约5毫欧姆、约3.5毫欧姆至约6毫欧姆、约3.5毫欧姆至约7毫欧姆、约3.5毫欧姆至约8毫欧姆、约3.5毫欧姆至约10毫欧姆、约4毫欧姆至约4.5毫欧姆、约4毫欧姆至约5毫欧姆、约4毫欧姆至约6毫欧姆、约4毫欧姆至约7毫欧姆、约4毫欧姆至约8毫欧姆、约4毫欧姆至约10毫欧姆、约4.5毫欧姆至约5毫欧姆、约4.5毫欧姆至约6毫欧姆、约4.5毫欧姆至约7毫欧姆、约4.5毫欧姆至约8毫欧姆、约4.5毫欧姆至约10毫欧姆、约5毫欧姆至约6毫欧姆、约5毫欧姆至约7毫欧姆、约5毫欧姆至约8毫欧姆、约5毫欧姆至约10毫欧姆、约6毫欧姆至约7毫欧姆、约6毫欧姆至约8毫欧姆、约6毫欧姆至约10毫欧姆、约7毫欧姆至约8毫欧姆、约7毫欧姆至约10毫欧姆或约8毫欧姆至约10毫欧姆。在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为约2毫欧姆、约2.5毫欧姆、约3毫欧姆、约3.5毫欧姆、约4毫欧姆、约4.5毫欧姆、约5毫欧姆、约6毫欧姆、约7毫欧姆、约8毫欧姆或约10毫欧姆。在一些实施例中，储能设备在18650形状因数下的等效串联电阻为至多约2毫欧姆、约2.5毫欧姆、约3毫欧姆、约3.5毫欧姆、约4毫欧姆、约4.5毫欧姆、约5毫欧姆、约6毫欧姆、约7毫欧姆或约8毫欧姆。
在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为约500循环至约10,000循环。在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为至少约500循环。在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为至多约10,000循环。在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为约500循环至约600循环、约500循环至约700循环、约500循环至约800循环、约500循环至约1,000循环、约500循环至约2,000循环、约500循环至约3,000循环、约500循环至约5,000循环、约500循环至约6,000循环、约500循环至约7,000循环、约500循环至约8,000循环、约500循环至约10,000循环、约600循环至约700循环、约600循环至约800循环、约600循环至约1,000循环、约600循环至约2,000循环、约600循环至约3,000循环、约600循环至约5,000循环、约600循环至约6,000循环、约600循环至约7,000循环、约600循环至约8,000循环、约600循环至约10,000循环、约700循环至约800循环、约700循环至约1,000循环、约700循环至约2,000循环、约700循环至约3,000循环、约700循环至约5,000循环、约700循环至约6,000循环、约700循环至约7,000循环、约700循环至约8,000循环、约700循环至约10,000循环、约800循环至约1,000循环、约800循环至约2,000循环、约800循环至约3,000循环、约800循环至约5,000循环、约800循环至约6,000循环、约800循环至约7,000循环、约800循环至约8,000循环、约800循环至约10,000循环、约1,000循环至约2,000循环、约1,000循环至约3,000循环、约1,000循环至约5,000循环、约1,000循环至约6,000循环、约1,000循环至约7,000循环、约1,000循环至约8,000循环、约1,000循环至约10,000循环、约2,000循环至约3,000循环、约2,000循环至约5,000循环、约2,000循环至约6,000循环、约2,000循环至约7,000循环、约2,000循环至约8,000循环、约2,000循环至约10,000循环、约3,000循环至约5,000循环、约3,000循环至约6,000循环、约3,000循环至约7,000循环、约3,000循环至约8,000循环、约3,000循环至约10,000循环、约5,000循环至约6,000循环、约5,000循环至约7,000循环、约5,000循环至约8,000循环、约5,000循环至约10,000循环、约6,000循环至约7,000循环、约6,000循环至约8,000循环、约6,000循环至约10,000循环、约7,000循环至约8,000循环、约7,000循环至约10,000循环或约8,000循环至约10,000循环。在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为约500循环、约600循环、约700循环、约800循环、约1,000循环、约2,000循环、约3,000循环、约5,000循环、约6,000循环、约7,000循环、约8,000循环或约10,000循环。在一些实施例中，储能设备的充电/放电寿命为至少约600循环、约700循环、约800循环、约1,000循环、约2,000循环、约3,000循环、约5,000循环、约6,000循环、约7,000循环、约8,000循环或约10,000循环。
在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少约10％至约30％。在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少至少约10％。在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少至多约30％。在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少约10％至约12％、约10％至约14％、约10％至约16％、约10％至约18％、约10％至约20％、约10％至约22％、约10％至约24％、约10％至约26％、约10％至约28％、约10％至约30％、约12％至约14％、约12％至约16％、约12％至约18％、约12％至约20％、约12％至约22％、约12％至约24％、约12％至约26％、约12％至约28％、约12％至约30％、约14％至约16％、约14％至约18％、约14％至约20％、约14％至约22％、约14％至约24％、约14％至约26％、约14％至约28％、约14％至约30％、约16％至约18％、约16％至约20％、约16％至约22％、约16％至约24％、约16％至约26％、约16％至约28％、约16％至约30％、约18％至约20％、约18％至约22％、约18％至约24％、约18％至约26％、约18％至约28％、约18％至约30％、约20％至约22％、约20％至约24％、约20％至约26％、约20％至约28％、约20％至约30％、约22％至约24％、约22％至约26％、约22％至约28％、约22％至约30％、约24％至约26％、约24％至约28％、约24％至约30％、约26％至约28％、约26％至约30％或约28％至约30％。在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约22％、约24％、约26％、约28％或约30％。在一些实施例中，储能设备的容量、功率密度和能量密度中的至少一者在约10,000次循环后减少至多约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约22％、约24％、约26％或约28％。
在一些实施例中，储能设备包含：第一电极，包含Zn-Fe LDH/3DGA；和第二电极，包含Ni(OH)2。根据图14A，第一电极和第二电极中的每一个的性能特征如3E电池储能设备的CV图所示，该3E电池储能设备包含有包含Zn-Fe LDH/3DGA的示例性第一电极和包含Ni(OH)2的示例性第二电极。
在一些实施例中，储能设备包含：第一电极，包含Zn-Fe LDH/3DGA；第二电极，包含Ni(OH)2；以及电解质，包含ZnO饱和的KOH溶液。示例性的储能设备在扫描速率10mV/s下的性能特征如图14B中的CV图所示，该示例性储能设备包含有包含Zn-Fe LDH/3DGA的第一电极、包含Ni(OH)2的第二电极以及包含ZnO饱和的KOH溶液的电解质。进一步地，示例性储能设备在放电速率分别为1C至4C、10C至80C、100C至200C以及1C至200C时的性能特征如图15A至15D的电流充电/放电图显示，该示例性储能设备包含有包含Zn-Fe LDH/3DGA的第一电极、包含Ni(OH)2的第二电极以及包含ZnO饱和的KOH溶液的电解质。从图15A至15D看出，示例性储能设备展现出稳定的放电速率，从而在整个放电期间能够实现高能量和功率输出。
另外，图17示出了示例性储能设备的奈奎斯特图，该示例性储能设备包含：第一电极，包含Zn-Fe LDH/3DGA；第二电极，包含Ni(OH)2；以及电解质，包含ZnO饱和的KOH溶液。
图18A中的奈奎斯特图和图18B的高频阻抗图谱进一步表征了在3E电池中包含Ni(OH)2和3.0M KOH的示例性第二电极的性能特征。
最终，图19是适合图17中的实验电化学阻抗谱(EIS)测量值的等效电路的图示。在下面的表5中列出了图19中的图示的等效电路特征。
Figure BDA0002704874750000651
Figure BDA0002704874750000661
表5
形成第一电极的方法
在一些实施例中，本文描述的是形成第一电极的方法，包含：形成溶液；搅拌溶液；加热溶液；冷却溶液；用溶剂冲洗溶液；并且冷冻干燥溶液。
在一些实施例中，溶液包含还原剂、潮解物和碳基分散体。在一些实施例中，还原剂包含脲、柠檬酸、抗坏血酸、水合肼、氢醌、硼氢化钠、溴化氢、碘化氢或其任何组合。在一些实施例中，强碱包含脲。在一些实施例中，强碱包含氢醌。在一些实施例中，强碱包含抗坏血酸。
在一些实施例中，潮解物包含盐。在一些实施例中，盐包含柠檬酸盐、氯盐、硝酸盐或其任何组合。在一些实施例中，柠檬酸盐包含柠檬酸锌(III)、柠檬酸锌(III)六水合物、柠檬酸铁(III)、柠檬酸铁(III)六水合物或其任何组合。在一些实施例中，氯盐包含氯化锌(III)、硝酸锌(III)六水合物、氯化铁(III)、氯化铁(III)六水合物或其任何组合。在一些实施例中，硝酸盐包含硝酸锌(III)、硝酸锌(III)六水合物、硝酸铁(III)、硝酸铁(III)六水合物或其任何组合。在一些实施例中，潮解物包含硝酸锌(III)六水合物。在一些实施例中，潮解物包含硝酸铁(III)。在一些实施例中，潮解物包含硝酸锌(II)六水合物。
在一些实施例中，碳基分散体包含碳基泡棉、碳基气凝胶、碳基水凝胶、碳基离子凝胶、碳基纳米片、碳纳米管、碳纳米片、碳布或其任何组合。在一些实施例中，碳基分散体包含石墨烯、氧化石墨烯、石墨、活性炭、炭黑或其任何组合。在一些实施例中，碳基分散体包含碳纳米管。在一些实施例中，碳基分散体包含氧化石墨烯。在一些实施例中，碳基分散体包含活性炭。
在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为约30％至约90％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为至少约30％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为至多约90％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为约30％至约35％、约30％至约40％、约30％至约45％、约30％至约50％、约30％至约55％、约30％至约60％、约30％至约65％、约30％至约70％、约30％至约75％、约30％至约80％、约30％至约90％、约35％至约40％、约35％至约45％、约35％至约50％、约35％至约55％、约35％至约60％、约35％至约65％、约35％至约70％、约35％至约75％、约35％至约80％、约35％至约90％、约40％至约45％、约40％至约50％、约40％至约55％、约40％至约60％、约40％至约65％、约40％至约70％、约40％至约75％、约40％至约80％、约40％至约90％、约45％至约50％、约45％至约55％、约45％至约60％、约45％至约65％、约45％至约70％、约45％至约75％、约45％至约80％、约45％至约90％、约50％至约55％、约50％至约60％、约50％至约65％、约50％至约70％、约50％至约75％、约50％至约80％、约50％至约90％、约55％至约60％、约55％至约65％、约55％至约70％、约55％至约75％、约55％至约80％、约55％至约90％、约60％至约65％、约60％至约70％、约60％至约75％、约60％至约80％、约60％至约90％、约65％至约70％、约65％至约75％、约65％至约80％、约65％至约90％、约70％至约75％、约70％至约80％、约70％至约90％、约75％至约80％、约75％至约90％或约80％至约90％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％或约90％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为至少约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％或约90％。在一些实施例中，溶液中还原剂的质量百分比为至多约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％或约80％。
在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为约5％至约30％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为至少约5％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为至多约30％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为约5％至约6％、约5％至约8％、约5％至约10％、约5％至约12％、约5％至约14％、约5％至约16％、约5％至约18％、约5％至约20％、约5％至约25％、约5％至约30％、约6％至约8％、约6％至约10％、约6％至约12％、约6％至约14％、约6％至约16％、约6％至约18％、约6％至约20％、约6％至约25％、约6％至约30％、约8％至约10％、约8％至约12％、约8％至约14％、约8％至约16％、约8％至约18％、约8％至约20％、约8％至约25％、约8％至约30％、约10％至约12％、约10％至约14％、约10％至约16％、约10％至约18％、约10％至约20％、约10％至约25％、约10％至约30％、约12％至约14％、约12％至约16％、约12％至约18％、约12％至约20％、约12％至约25％、约12％至约30％、约14％至约16％、约14％至约18％、约14％至约20％、约14％至约25％、约14％至约30％、约16％至约18％、约16％至约20％、约16％至约25％、约16％至约30％、约18％至约20％、约18％至约25％、约18％至约30％、约20％至约25％、约20％至约30％或约25％至约30％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为约5％、约6％、约8％、约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约25％或约30％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为至少约6％、约8％、约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约25％或约30％。在一些实施例中，溶液中潮解物的质量百分比为至多约5％、约6％、约8％、约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％或约25％。
在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为约10％至约40％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为至少约10％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为至多约40％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为约10％至约12％、约10％至约14％、约10％至约16％、约10％至约18％、约10％至约20％、约10％至约24％、约10％至约28％、约10％至约32％、约10％至约34％、约10％至约40％、约12％至约14％、约12％至约16％、约12％至约18％、约12％至约20％、约12％至约24％、约12％至约28％、约12％至约32％、约12％至约34％、约12％至约40％、约14％至约16％、约14％至约18％、约14％至约20％、约14％至约24％、约14％至约28％、约14％至约32％、约14％至约34％、约14％至约40％、约16％至约18％、约16％至约20％、约16％至约24％、约16％至约28％、约16％至约32％、约16％至约34％、约16％至约40％、约18％至约20％、约18％至约24％、约18％至约28％、约18％至约32％、约18％至约34％、约18％至约40％、约20％至约24％、约20％至约28％、约20％至约32％、约20％至约34％、约20％至约40％、约24％至约28％、约24％至约32％、约24％至约34％、约24％至约40％、约28％至约32％、约28％至约34％、约28％至约40％、约32％至约34％、约32％至约40％或约34％至约40％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约24％、约28％、约32％、约34％或约40％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为至少约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约24％、约28％、约32％、约34％或约40％。在一些实施例中，溶液中碳基分散体的质量百分比为至多约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约20％、约24％、约28％、约32％或约34％。
在一些实施例中，溶液被搅拌约10分钟至约60分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌至少约10分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌至多约60分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌约10分钟至约15分钟、约10分钟至约20分钟、约10分钟至约25分钟、约10分钟至约30分钟、约10分钟至约35分钟、约10分钟至约40分钟、约10分钟至约45分钟、约10分钟至约50分钟、约10分钟至约55分钟、约10分钟至约60分钟、约15分钟至约20分钟、约15分钟至约25分钟、约15分钟至约30分钟、约15分钟至约35分钟、约15分钟至约40分钟、约15分钟至约45分钟、约15分钟至约50分钟、约15分钟至约55分钟、约15分钟至约60分钟、约20分钟至约25分钟、约20分钟至约30分钟、约20分钟至约35分钟、约20分钟至约40分钟、约20分钟至约45分钟、约20分钟至约50分钟、约20分钟至约55分钟、约20分钟至约60分钟、约25分钟至约30分钟、约25分钟至约35分钟、约25分钟至约40分钟、约25分钟至约45分钟、约25分钟至约50分钟、约25分钟至约55分钟、约25分钟至约60分钟、约30分钟至约35分钟、约30分钟至约40分钟、约30分钟至约45分钟、约30分钟至约50分钟、约30分钟至约55分钟、约30分钟至约60分钟、约35分钟至约40分钟、约35分钟至约45分钟、约35分钟至约50分钟、约35分钟至约55分钟、约35分钟至约60分钟、约40分钟至约45分钟、约40分钟至约50分钟、约40分钟至约55分钟、约40分钟至约60分钟、约45分钟至约50分钟、约45分钟至约55分钟、约45分钟至约60分钟、约50分钟至约55分钟、约50分钟至约60分钟或约55分钟至约60分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌约10分钟、约15分钟、约20分钟、约25分钟、约30分钟、约35分钟、约40分钟、约45分钟、约50分钟、约55分钟或约60分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌至少约15分钟、约20分钟、约25分钟、约30分钟、约35分钟、约40分钟、约45分钟、约50分钟、约55分钟或约60分钟。在一些实施例中，溶液被搅拌至多约10分钟、约15分钟、约20分钟、约25分钟、约30分钟、约35分钟、约40分钟、约45分钟、约50分钟或约55分钟。
在一些实施例中，溶液被高压釜、烘箱、炉火、本生灯、热交换器、微波炉或其任何组合加热。
在一些实施例中，溶液在约80℃至约360℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在至少约80℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在至多约360℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在约80℃至约100℃、约80℃至约120℃、约80℃至约140℃、约80℃至约160℃、约80℃至约180℃、约80℃至约200℃、约80℃至约240℃、约80℃至约280℃、约80℃至约320℃、约80℃至约360℃、约100℃至约120℃、约100℃至约140℃、约100℃至约160℃、约100℃至约180℃、约100℃至约200℃、约100℃至约240℃、约100℃至约280℃、约100℃至约320℃、约100℃至约360℃、约120℃至约140℃、约120℃至约160℃、约120℃至约180℃、约120℃至约200℃、约120℃至约240℃、约120℃至约280℃、约120℃至约320℃、约120℃至约360℃、约140℃至约160℃、约140℃至约180℃、约140℃至约200℃、约140℃至约240℃、约140℃至约280℃、约140℃至约320℃、约140℃至约360℃、约160℃至约180℃、约160℃至约200℃、约160℃至约240℃、约160℃至约280℃、约160℃至约320℃、约160℃至约360℃、约180℃至约200℃、约180℃至约240℃、约180℃至约280℃、约180℃至约320℃、约180℃至约360℃、约200℃至约240℃、约200℃至约280℃、约200℃至约320℃、约200℃至约360℃、约240℃至约280℃、约240℃至约320℃、约240℃至约360℃、约280℃至约320℃、约280℃至约360℃或约320℃至约360℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在约80℃、约100℃、约120℃、约140℃、约160℃、约180℃、约200℃、约240℃、约280℃、约320℃或约360℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在至少约100℃、约120℃、约140℃、约160℃、约180℃、约200℃、约240℃、约280℃、约320℃或约360℃的温度下加热。在一些实施例中，溶液在至多约80℃、约100℃、约120℃、约140℃、约160℃、约180℃、约200℃、约240℃、约280℃或约320℃的温度下加热。
在一些实施例中，溶液被加热约4小时至约16小时。在一些实施例中，溶液被加热至少约4小时。在一些实施例中，溶液被加热至多约16小时。在一些实施例中，溶液被加热约4小时至约5小时、约4小时至约6小时、约4小时至约7小时、约4小时至约8小时、约4小时至约9小时、约4小时至约10小时、约4小时至约11小时、约4小时至约12小时、约4小时至约13小时、约4小时至约14小时、约4小时至约16小时、约5小时至约6小时、约5小时至约7小时、约5小时至约8小时、约5小时至约9小时、约5小时至约10小时、约5小时至约11小时、约5小时至约12小时、约5小时至约13小时、约5小时至约14小时、约5小时至约16小时、约6小时至约7小时、约6小时至约8小时、约6小时至约9小时、约6小时至约10小时、约6小时至约11小时、约6小时至约12小时、约6小时至约13小时、约6小时至约14小时、约6小时至约16小时、约7小时至约8小时、约7小时至约9小时、约7小时至约10小时、约7小时至约11小时、约7小时至约12小时、约7小时至约13小时、约7小时至约14小时、约7小时至约16小时、约8小时至约9小时、约8小时至约10小时、约8小时至约11小时、约8小时至约12小时、约8小时至约13小时、约8小时至约14小时、约8小时至约16小时、约9小时至约10小时、约9小时至约11小时、约9小时至约12小时、约9小时至约13小时、约9小时至约14小时、约9小时至约16小时、约10小时至约11小时、约10小时至约12小时、约10小时至约13小时、约10小时至约14小时、约10小时至约16小时、约11小时至约12小时、约11小时至约13小时、约11小时至约14小时、约11小时至约16小时、约12小时至约13小时、约12小时至约14小时、约12小时至约16小时、约13小时至约14小时、约13小时至约16小时或约14小时至约16小时。在一些实施例中，溶液被加热约4小时、约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约11小时、约12小时、约13小时、约14小时或约16小时。在一些实施例中，溶液被加热至少约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约11小时、约12小时、约13小时、约14小时或约16小时。在一些实施例中，溶液被加热至多约4小时、约5小时、约6小时、约7小时、约8小时、约9小时、约10小时、约11小时、约12小时、约13小时或约14小时。
在一些实施例中，溶剂包含去离子水、丙酮、水或其任何组合。在一些实施例中，溶剂是冷冻干燥的。在一些实施例中，溶剂是在真空条件下冷冻干燥的。
在一些实施例中，第一电极被配置为作为正极被采用。在一些实施例中，第一电极被配置为作为负极被采用。
形成第二电极的方法
在某些实施例中，本文描述的是形成第二电极的方法，包含：通过在酸中处理导电支架形成第二集流体，洗涤第二集流体，并且将氢氧化物沉积到第二集流体上。
在一些实施例中，第二集流体包含导电泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铝泡棉、碳泡棉、石墨烯泡棉、石墨泡棉、铜泡棉、镍泡棉、钯泡棉、铂泡棉、钢泡棉或其任何组合。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨烯泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含石墨泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含铜泡棉。在一些实施例中，导电泡棉包含镍泡棉。
在一些实施例中，酸包含强酸。在一些实施例中，酸包含高氯酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、盐酸或其任何组合。在一些实施例中，酸包含氢溴酸。在一些实施例中，酸包含盐酸。
在一些实施例中，酸的浓度为约1M至约6M。在一些实施例中，酸的浓度为至少约1M。在一些实施例中，酸的浓度为至多约6M。在一些实施例中，酸的浓度为约1M至约1.5M、约1M至约2M、约1M至约2.5M、约1M至约3M、约1M至约3.5M、约1M至约4M、约1M至约4.5M、约1M至约5M、约1M至约5.5M、约1M至约6M、约1.5M至约2M、约1.5M至约2.5M、约1.5M至约3M、约1.5M至约3.5M、约1.5M至约4M、约1.5M至约4.5M、约1.5M至约5M、约1.5M至约5.5M、约1.5M至约6M、约2M至约2.5M、约2M至约3M、约2M至约3.5M、约2M至约4M、约2M至约4.5M、约2M至约5M、约2M至约5.5M、约2M至约6M、约2.5M至约3M、约2.5M至约3.5M、约2.5M至约4M、约2.5M至约4.5M、约2.5M至约5M、约2.5M至约5.5M、约2.5M至约6M、约3M至约3.5M、约3M至约4M、约3M至约4.5M、约3M至约5M、约3M至约5.5M、约3M至约6M、约3.5M至约4M、约3.5M至约4.5M、约3.5M至约5M、约3.5M至约5.5M、约3.5M至约6M、约4M至约4.5M、约4M至约5M、约4M至约5.5M、约4M至约6M、约4.5M至约5M、约4.5M至约5.5M、约4.5M至约6M、约5M至约5.5M、约5M至约6M或约5.5M至约6M。在一些实施例中，酸的浓度为约1M、约1.5M、约2M、约2.5M、约3M、约3.5M、约4M、约4.5M、约5M、约5.5M或约6M。在一些实施例中，酸的浓度为至少约1.5M、约2M、约2.5M、约3M、约3.5M、约4M、约4.5M、约5M、约5.5M或约6M。在一些实施例中，酸的浓度为至多约1M、约1.5M、约2M、约2.5M、约3M、约3.5M、约4M、约4.5M、约5M或约5.5M。
在一些实施例中，导电泡棉被处理约1分钟至约30分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理至少约1分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理至多约30分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理约1分钟至约2分钟、约1分钟至约4分钟、约1分钟至约6分钟、约1分钟至约8分钟、约1分钟至约10分钟、约1分钟至约14分钟、约1分钟至约18分钟、约1分钟至约22分钟、约1分钟至约26分钟、约1分钟至约30分钟、约2分钟至约4分钟、约2分钟至约6分钟、约2分钟至约8分钟、约2分钟至约10分钟、约2分钟至约14分钟、约2分钟至约18分钟、约2分钟至约22分钟、约2分钟至约26分钟、约2分钟至约30分钟、约4分钟至约6分钟、约4分钟至约8分钟、约4分钟至约10分钟、约4分钟至约14分钟、约4分钟至约18分钟、约4分钟至约22分钟、约4分钟至约26分钟、约4分钟至约30分钟、约6分钟至约8分钟、约6分钟至约10分钟、约6分钟至约14分钟、约6分钟至约18分钟、约6分钟至约22分钟、约6分钟至约26分钟、约6分钟至约30分钟、约8分钟至约10分钟、约8分钟至约14分钟、约8分钟至约18分钟、约8分钟至约22分钟、约8分钟至约26分钟、约8分钟至约30分钟、约10分钟至约14分钟、约10分钟至约18分钟、约10分钟至约22分钟、约10分钟至约26分钟、约10分钟至约30分钟、约14分钟至约18分钟、约14分钟至约22分钟、约14分钟至约26分钟、约14分钟至约30分钟、约18分钟至约22分钟、约18分钟至约26分钟、约18分钟至约30分钟、约22分钟至约26分钟、约22分钟至约30分钟或约26分钟至约30分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理约1分钟、约2分钟、约4分钟、约6分钟、约8分钟、约10分钟、约14分钟、约18分钟、约22分钟、约26分钟或约30分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理至少约2分钟、约4分钟、约6分钟、约8分钟、约10分钟、约14分钟、约18分钟、约22分钟、约26分钟或约30分钟。在一些实施例中，导电泡棉被处理至多约1分钟、约2分钟、约4分钟、约6分钟、约8分钟、约10分钟、约14分钟、约18分钟、约22分钟或约26分钟。
在一些实施例中，在去离子水、丙酮、水或其任何组合中洗涤导电泡棉。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铝、氢氧化铵、氢氧化砷、氢氧化钡、氢氧化铍、氢氧化铋(III)、氢氧化硼、氢氧化镉、氢氧化钙、氢氧化铈(III)、氢氧化铯、氢氧化铬(II)、氢氧化铬(III)、氢氧化铬(V)、氢氧化铬(VI)、氢氧化钴(II)、氢氧化钴(III)、氢氧化铜(I)、氢氧化铜(II)、氢氧化镓(II)、氢氧化镓(III)、氢氧化金(I)、氢氧化金(III)、氢氧化铟(I)、氢氧化铟(II)、氢氧化铟(III)、氢氧化铱(III)、氢氧化铁(II)、氢氧化铁(III)、氢氧化镧、氢氧化铅(II)、氢氧化铅(IV)、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化锰(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化锰(IV)、氢氧化锰(VII)、氢氧化汞(I)、氢氧化汞(II)、氢氧化钼、氢氧化钕、羟基氧化镍(nickel oxo-hydroxide)、氢氧化镍(II)、氢氧化镍(III)、氢氧化铌、氢氧化锇(IV)、氢氧化钯(II)、氢氧化钯(IV)、氢氧化铂(II)、氢氧化铂(IV)、氢氧化钚(IV)、氢氧化钾、氢氧化镭、氢氧化铷、氢氧化钌(III)、氢氧化钪、氢氧化硅、氢氧化银、氢氧化钠、氢氧化锶、氢氧化钽(V)、氢氧化锝(II)、氢氧化四甲基铵、氢氧化铊(I)、氢氧化铊(III)、氢氧化钍、氢氧化锡(II)、氢氧化锡(IV)、氢氧化钛(II)、氢氧化钛(III)、氢氧化钛(IV)、氢氧化钨(II)、铀酰氢氧化物、氢氧化钒(II)、氢氧化钒(III)、氢氧化钒(V)、氢氧化镱、氢氧化钇、氢氧化锌、氢氧化锆或其任何组合。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钯(II)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钯(IV)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米薄片、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物纳米粉末、氢氧化物纳米花、氢氧化物纳米点、氢氧化物纳米棒、氢氧化物纳米链、氢氧化物纳米纤维、氢氧化物纳米颗粒、氢氧化物片状纳米颗粒、氢氧化物纳米带、氢氧化物纳米环、氢氧化物纳米片或其组合。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化物纳米薄片。
在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(II)纳米粉末。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化钴(III)纳米片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(III)纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(I)纳米薄片。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化铜(II)纳米粉末。在一些实施例中，氢氧化物包含氢氧化镍(II)纳米薄片。
在一些实施例中，将氢氧化物沉积到第二集流体上包含通过电化学沉积、电涂覆、电泳沉积、微波合成、光热沉积、热分解激光沉积、热液合成或其任何组合将氢氧化物沉积到第二集流体上。在一些实施例中，电化学沉积包含循环伏安法。在一些实施例中，循环伏安法包含向第二集流体施加连续的电位扫描。在一些实施例中，向第二集流体施加连续的电位扫描包含向在催化剂中的第二集流体施加连续的电位扫描。
在一些实施例中，以约-2.4V至约-0.3V的电压执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至少约-2.4V的电压执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至多约-0.3V的电压执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以下述电压执行连续的电位扫描：约-0.3V至约-0.5V、约-0.3V至约-0.9V、约-0.3V至约-1.1V、约-0.3V至约-1.3V、约-0.3V至约-1.5V、约-0.3V至约-1.7V、约-0.3V至约-1.9V、约-0.3V至约-2.1V、约-0.3V至约-2.3V、约-0.3V至约-2.4V、约-0.5V至约-0.9V、约-0.5V至约-1.1V、约-0.5V至约-1.3V、约-0.5V至约-1.5V、约-0.5V至约-1.7V、约-0.5V至约-1.9V、约-0.5V至约-2.1V、约-0.5V至约-2.3V、约-0.5V至约-2.4V、约-0.9V至约-1.1V、约-0.9V至约-1.3V、约-0.9V至约-1.5V、约-0.9V至约-1.7V、约-0.9V至约-1.9V、约-0.9V至约-2.1V、约-0.9V至约-2.3V、约-0.9V至约-2.4V、约-1.1V至约-1.3V、约-1.1V至约-1.5V、约-1.1V至约-1.7V、约-1.1V至约-1.9V、约-1.1V至约-2.1V、约-1.1V至约-2.3V、约-1.1V至约-2.4V、约-1.3V至约-1.5V、约-1.3V至约-1.7V、约-1.3V至约-1.9V、约-1.3V至约-2.1V、约-1.3V至约-2.3V、约-1.3V至约-2.4V、约-1.5V至约-1.7V、约-1.5V至约-1.9V、约-1.5V至约-2.1V、约-1.5V至约-2.3V、约-1.5V至约-2.4V、约-1.7V至约-1.9V、约-1.7V至约-2.1V、约-1.7V至约-2.3V、约-1.7V至约-2.4V、约-1.9V至约-2.1V、约-1.9V至约-2.3V、约-1.9V至约-2.4V、约-2.1V至约-2.3V、约-2.1V至约-2.4V或约-2.3V至约-2.4V。在一些实施例中，以约-0.3V、约-0.5V、约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V、约-2.3V或约-2.4V的电压向第二集流体执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至少约-0.5V、约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V、约-2.3V或约-2.4V的电压向第二集流体执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至多约-0.3V、约-0.5V、约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V或约-2.3V的电压向第二集流体执行连续的电位扫描。
在一些实施例中，以约50mV/s至约175mV/s的扫描速率执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至少约50mV/s的扫描速率执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至多约175mV/s的扫描速率执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以下述扫描速率执行连续的电位扫描：约50mV/s至约60mV/s、约50mV/s至约70mV/s、约50mV/s至约80mV/s、约50mV/s至约90mV/s、约50mV/s至约100mV/s、约50mV/s至约110mV/s、约50mV/s至约120mV/s、约50mV/s至约130mV/s、约50mV/s至约140mV/s、约50mV/s至约160mV/s、约50mV/s至约175mV/s、约60mV/s至约70mV/s、约60mV/s至约80mV/s、约60mV/s至约90mV/s、约60mV/s至约100mV/s、约60mV/s至约110mV/s、约60mV/s至约120mV/s、约60mV/s至约130mV/s、约60mV/s至约140mV/s、约60mV/s至约160mV/s、约60mV/s至约175mV/s、约70mV/s至约80mV/s、约70mV/s至约90mV/s、约70mV/s至约100mV/s、约70mV/s至约110mV/s、约70mV/s至约120mV/s、约70mV/s至约130mV/s、约70mV/s至约140mV/s、约70mV/s至约160mV/s、约70mV/s至约175mV/s、约80mV/s至约90mV/s、约80mV/s至约100mV/s、约80mV/s至约110mV/s、约80mV/s至约120mV/s、约80mV/s至约130mV/s、约80mV/s至约140mV/s、约80mV/s至约160mV/s、约80mV/s至约175mV/s、约90mV/s至约100mV/s、约90mV/s至约110mV/s、约90mV/s至约120mV/s、约90mV/s至约130mV/s、约90mV/s至约140mV/s、约90mV/s至约160mV/s、约90mV/s至约175mV/s、约100mV/s至约110mV/s、约100mV/s至约120mV/s、约100mV/s至约130mV/s、约100mV/s至约140mV/s、约100mV/s至约160mV/s、约100mV/s至约175mV/s、约110mV/s至约120mV/s、约110mV/s至约130mV/s、约110mV/s至约140mV/s、约110mV/s至约160mV/s、约110mV/s至约175mV/s、约120mV/s至约130mV/s、约120mV/s至约140mV/s、约120mV/s至约160mV/s、约120mV/s至约175mV/s、约130mV/s至约140mV/s、约130mV/s至约160mV/s、约130mV/s至约175mV/s、约140mV/s至约160mV/s、约140mV/s至约175mV/s或约160mV/s至约175mV/s。在一些实施例中，以约50mV/s、约60mV/s、约70mV/s、约80mV/s、约90mV/s、约100mV/s、约110mV/s、约120mV/s、约130mV/s、约140mV/s、约160mV/s或约175mV/s。在一些实施例中，以至少约60mV/s、约70mV/s、约80mV/s、约90mV/s、约100mV/s、约110mV/s、约120mV/s、约130mV/s、约140mV/s、约160mV/s或约175mV/s的扫描速率执行连续的电位扫描。在一些实施例中，以至多约50mV/s、约60mV/s、约70mV/s、约80mV/s、约90mV/s、约100mV/s、约110mV/s、约120mV/s、约130mV/s、约140mV/s或约160mV/s的扫描速率执行连续的电位扫描。
在一些实施例中，催化剂包含乙酸镍、氯化镍、六水合硫酸铵镍(II)、碳酸镍、乙酸镍(II)、四水合乙酸镍(II)、溴化镍(II)2-甲氧基乙基、溴化镍(II)、水合溴化镍(II)、三水合溴化镍(II)、碳酸镍(II)、四水合碱式碳酸镍(II)、氯化镍(II)、六水合氯化镍(II)、水合氯化镍(II)、环己烷丁酸镍(II)、氟化镍(II)、六水合六氟硅酸镍(II)、氢氧化镍(II)、无水碘化镍(II)、碘化镍(II)、六水合硝酸镍(II)、二水合草酸镍(II)、六水合高氯酸镍(II)、四水合氨基磺酸镍(II)、硫酸镍(II)、七水合硫酸镍(II)、仲高碘酸钾镍(IV)、水合四氰基镍酸(II)钾或其任何组合。在一些实施例中，催化剂包含碳酸镍。在一些实施例中，催化剂包含硝酸镍(II)。在一些实施例中，催化剂包含乙酸镍。
在一些实施例中，催化剂的浓度为约50mM至约200mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为至少约50mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为至多约200mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为约50mM至约60mM、约50mM至约70mM、约50mM至约80mM、约50mM至约90mM、约50mM至约100mM、约50mM至约120mM、约50mM至约140mM、约50mM至约160mM、约50mM至约180mM、约50mM至约200mM、约60mM至约70mM、约60mM至约80mM、约60mM至约90mM、约60mM至约100mM、约60mM至约120mM、约60mM至约140mM、约60mM至约160mM、约60mM至约180mM、约60mM至约200mM、约70mM至约80mM、约70mM至约90mM、约70mM至约100mM、约70mM至约120mM、约70mM至约140mM、约70mM至约160mM、约70mM至约180mM、约70mM至约200mM、约80mM至约90mM、约80mM至约100mM、约80mM至约120mM、约80mM至约140mM、约80mM至约160mM、约80mM至约180mM、约80mM至约200mM、约90mM至约100mM、约90mM至约120mM、约90mM至约140mM、约90mM至约160mM、约90mM至约180mM、约90mM至约200mM、约100mM至约120mM、约100mM至约140mM、约100mM至约160mM、约100mM至约180mM、约100mM至约200mM、约120mM至约140mM、约120mM至约160mM、约120mM至约180mM、约120mM至约200mM、约140mM至约160mM、约140mM至约180mM、约140mM至约200mM、约160mM至约180mM、约160mM至约200mM或约180mM至约200mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为约50mM、约60mM、约70mM、约80mM、约90mM、约100mM、约120mM、约140mM、约160mM、约180mM或约200mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为至少约60mM、约70mM、约80mM、约90mM、约100mM、约120mM、约140mM、约160mM、约180mM或约200mM。在一些实施例中，催化剂的浓度为至多约50mM、约60mM、约70mM、约80mM、约90mM、约100mM、约120mM、约140mM、约160mM或约180mM。
在一些实施例中，电化学沉积包含向第二集流体施加恒定电压。在一些实施例中，恒定电压为约-2.4V至约-0.3V。在一些实施例中，恒定电压为至少约-2.4V。在一些实施例中，恒定电压为至多约-0.3V。在一些实施例中，恒定电压为约-0.3V至约-0.5V、约-0.3V至约-0.9V、约-0.3V至约-1.1V、约-0.3V至约-1.3V、约-0.3V至约-1.5V、约-0.3V至约-1.7V、约-0.3V至约-1.9V、约-0.3V至约-2.1V、约-0.3V至约-2.3V、约-0.3V至约-2.4V、约-0.5V至约-0.9V、约-0.5V至约-1.1V、约-0.5V至约-1.3V、约-0.5V至约-1.5V、约-0.5V至约-1.7V、约-0.5V至约-1.9V、约-0.5V至约-2.1V、约-0.5V至约-2.3V、约-0.5V至约-2.4V、约-0.9V至约-1.1V、约-0.9V至约-1.3V、约-0.9V至约-1.5V、约-0.9V至约-1.7V、约-0.9V至约-1.9V、约-0.9V至约-2.1V、约-0.9V至约-2.3V、约-0.9V至约-2.4V、约-1.1V至约-1.3V、约-1.1V至约-1.5V、约-1.1V至约-1.7V、约-1.1V至约-1.9V、约-1.1V至约-2.1V、约-1.1V至约-2.3V、约-1.1V至约-2.4V、约-1.3V至约-1.5V、约-1.3V至约-1.7V、约-1.3V至约-1.9V、约-1.3V至约-2.1V、约-1.3V至约-2.3V、约-1.3V至约-2.4V、约-1.5V至约-1.7V、约-1.5V至约-1.9V、约-1.5V至约-2.1V、约-1.5V至约-2.3V、约-1.5V至约-2.4V、约-1.7V至约-1.9V、约-1.7V至约-2.1V、约-1.7V至约-2.3V、约-1.7V至约-2.4V、约-1.9V至约-2.1V、约-1.9V至约-2.3V、约-1.9V至约-2.4V、约-2.1V至约-2.3V、约-2.1V至约-2.4V或约-2.3V至约-2.4V。在一些实施例中，恒定电压为约-0.3V、约-0.5V、约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V、约-2.3V或约-2.4V。在一些实施例中，恒定电压为至少约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V、约-2.3V或约-2.4V。在一些实施例中，恒定电压为至多约-0.3V、约-0.5V、约-0.9V、约-1.1V、约-1.3V、约-1.5V、约-1.7V、约-1.9V、约-2.1V或约-2.3V。
在一些实施例中，热液合成包含将第二集流体浸入水溶液中。在一些实施例中，水溶液包含乙酸盐、氯化物、硝酸盐、还原剂或其任何组合。
在一些实施例中，乙酸盐包含乙酸铝、乙酰酒石酸铝、二乙酸铝、磺基乙酸铝(aluminum sulfacetate)、三乙酸铝、乙酸铵、乙酸锑(III)、乙酸钡、碱性乙酸铍、乙酸铋(III)、乙酸镉、乙酸铯、乙酸钙、乙酸钙镁、卡莫司他(camostat)、乙酸铬氢氧化物、乙酸铬(II)、克利溴铵、乙酸钴(II)、乙酸铜(II)、戴斯-马丁过碘烷、碘苯二乙酸、乙酸铁(II)、乙酸铁(III)、乙酸铅(II)、乙酸铅(IV)、乙酸锂、乙酸镁、乙酸锰(II)、乙酸锰(III)、乙酸汞(II)、甲氧基乙基乙酸汞、乙酸钼(II)、奈西利定、乙酸镍(II)、乙酸钯(II)、巴黎绿、乙酸铂(II)、乙酸钾、丙泮尼地、乙酸铑(II)、沙铂、乙酸银、乙酸钠、氯乙酸钠、二乙酸钠、三乙酰氧基硼氢化钠、乙酸亚铊、Tilapertin、曲安西龙叔丁乙酸酯、乙酸三乙铵、乙酸铀酰、乙酸铀酰锌、白色催化剂、乙酸锌或其任何组合。
在一些实施例中，氯化物包含三氯化铝、氯化铵、氯化钡、二水合氯化钡、氯化钙、二水合氯化钙、六水合氯化钴(II)、氯化钴(III)、氯化铜(II)、二水合氯化铜(II)、氯化铁(II)、氯化铁(III)、六水合氯化铁(III)、氯化铅(II)、氯化铅(IV)、氯化镁、六水合氯化镁、四水合氯化锰(II)、氯化锰(IV)、氯化汞(I)、六水合氯化镍(II)、氯化镍(III)、五氯化磷、三氯化磷、氯化钾、氯化银、氯化钠、氯化锶、六氯化硫、五水合氯化锡(IV)、氯化锌或其任何组合。
在一些实施例中，硝酸盐包含硝酸铝、硝酸钡、硝酸铍、硝酸镉、硝酸钙、硝酸铯、硝酸铬、硝酸钴、硝酸铜、亚硝酸二环己胺、硝酸钕镨、硝酸益康唑、硝酸铁、硝酸镓、硝酸胍、六水合硝酸镧、硝酸铅、硝酸锂、硝酸镁、硝酸锰、硝酸汞、硝酸亚汞、硝酸镍、亚硝酸镍、亚硝酸钾、硝酸银、硝酸钠、硝酸锶、硝酸铊、硝酸铀酰、亚硝酸锌铵、硝酸锌、硝酸锆或其任何组合。
在一些实施例中，还原剂包含脲、柠檬酸、抗坏血酸、水合肼、氢醌、硼氢化钠、溴化氢、碘化氢或其任何组合。
在一些实施例中，热分解在约150℃至约400℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在至少约150℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在至多约400℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在约150℃至约200℃、约150℃至约250℃、约150℃至约300℃、约150℃至约350℃、约150℃至约400℃、约200℃至约250℃、约200℃至约300℃、约200℃至约350℃、约200℃至约400℃、约250℃至约300℃、约250℃至约350℃、约250℃至约400℃、约300℃至约350℃、约300℃至约400℃或约350℃至约400℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在约150℃、约200℃、约250℃、约300℃、约350℃或约400℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在至少约200℃、约250℃、约300℃、约350℃或约400℃的温度下执行。在一些实施例中，热分解在至多约150℃、约200℃、约250℃、约300℃或约350℃的温度下执行。
术语和定义
除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。
如本文所使用，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数参考，除非上下文另外明确指出。本文中对“或”的任何提及旨在涵盖“和/或”，除非另有说明。
如本文所使用，术语“约”是指以约10％、5％或1％接近所述量的量，包括其中的增量。
如本文所使用，术语“特定于活性物质”是指仅基于电极或储能设备(不包括任何壳体材料)的活性物质的特性。
如本文所使用，术语“特定于电池”是指基于电极或储能设备整体(包括任何壳体材料)的特性。
如本文所使用，术语“充电放电寿命”是指能量存储的额定容量减少约80％时的充电和放电循环的次数。
如本文所使用，术语“3D”是指三维的。
如本文所使用，术语“GO”是指氧化石墨烯。
如本文所使用，术语“GA”是指石墨烯气凝胶。
如本文所使用，术语“3DGA”是指三维石墨烯气凝胶。
如本文所使用，术语“冷冻干燥”(也称为低压冻干、冻干或低温干燥)是指使材料冻结并降低周围压力以使材料中的冻结流体直接从固相到气相升华的脱水过程。
如本文所使用，术语“LDH”是指层状双氢氧化物。在一些实施例中，LDH是一类离子固体，其特征在于具有通用层序列[AcBZAcB]n的层状结构，其中c代表金属阳离子层，A和B是氢氧化物(HO-)阴离子层，并且Z是其他阴离子和中性分子层。
非限制性实例
示例性第一电极
实施例1：第一电极包含有包含锰铁层状双氢氧化物的层状双氢氧化物、包含3DGA的导电支架，以及包含石墨泡棉的集流体。
实施例2：第一电极包含有包含锌铁双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含石墨烯泡棉的导电支架，以及包含铜泡棉的集流体。
实施例3：第一电极包含有包含锌铁双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含3DGA的导电支架，以及包含镍泡棉的集流体。
实施例4：第一电极包含有包含铬铁双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含石墨离子凝胶的导电支架，以及包含镍泡棉的集流体。
实施例5：第一电极包含有包含镍铝双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含3DGA泡棉的导电支架，以及包含石墨泡棉的集流体。
实施例6：第一电极包含有包含锂铝双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含石墨烯泡棉的导电支架，以及包含镍泡棉的集流体。
实施例7：第一电极包含有包含镍铁双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含石墨离子凝胶的导电支架，以及包含铜泡棉的集流体。
实施例8：第一电极包含有包含锌钴双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含3DGA的导电支架，以及包含镍泡棉的集流体。
示例性储能设备
实施例9：储能设备包含：第一电极，包含有包含锰铁双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含石墨烯离子凝胶的导电支架，以及包含镍泡棉的第一集流体；第二电极，包含有包含氢氧化铜(II)的氢氧化物和包含镍泡棉的第二集流体；隔膜；和包含3M氧化亚铁(II)饱和的氢氧化钾溶液的电解质。
实施例10：储能设备包含：第一电极，包含有包含锌铁双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含石墨烯泡棉的导电支架，以及包含铜泡棉的集流体；第二电极，包含有包含氢氧化镍(II)的氢氧化物和包含镍泡棉的第二集流体；隔膜；和包含6M氧化锌(II)饱和的氢氧化钠溶液的电解质。
实施例11：储能设备包含：第一电极，包含有包含锌铁双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含3DGA的导电支架，以及包含镍泡棉的第一集流体；第二电极，包含有包含氢氧化镍(II)的氢氧化物和包含镍泡棉的第二集流体；隔膜；和包含6M氧化锌(II)饱和的氢氧化钠溶液的电解质。
实施例12：储能设备包含：第一电极，包含有包含铬铁双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含碳布的导电支架，以及包含石墨烯泡棉的第一集流体；第二电极，包含有包含氢氧化镍的氢氧化物和包含碳泡棉的第二集流体；隔膜；和包含5M氧化铜(I)饱和的氢氧化钙溶液的电解质。
实施例13：储能设备包含：第一电极，包含有包含镍铝双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含3DGA泡棉的导电支架，以及包含石墨泡棉的集流体；第二电极，包含有包含氢氧化镍的氢氧化物和包含碳泡棉的第二集流体；隔膜；和包含5M氧化铜(I)饱和的氢氧化钙溶液的电解质。
实施例14：储能设备包含：第一电极，包含有包含锂铝双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含石墨烯泡棉的导电支架，以及包含镍泡棉的集流体；第二电极，包含有包含氢氧化镍的氢氧化物和包含碳泡棉的第二集流体；隔膜；和包含5M氧化铜(I)饱和的氢氧化钙溶液的电解质。
实施例15：储能设备包含：第一电极，包含有包含镍铁双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含石墨离子凝胶的导电支架，以及包含铜泡棉的集流体；第二电极，包含有包含氢氧化镍的氢氧化物和包含碳泡棉的第二集流体；隔膜；和包含5M氧化铜(I)饱和的氢氧化钙溶液的电解质。
实施例16：储能设备包含：第一电极，包含有包含锌钴双层状氢氧化物的层状双氢氧化物、包含3DGA的导电支架，以及包含镍泡棉的集流体；第二电极，包含有包含氢氧化镍的氢氧化物和包含碳泡棉的第二集流体；隔膜；和包含5M氧化铜(I)饱和的氢氧化钙溶液的电解质。
示例性第一电极的制备
实施例17：通过改进的Hummers法制备GO，并通过混合将GO分散在水中。通过将对苯二酚、硝酸锌(II)六水合物和柠檬酸铁(III)依次加入GO水分散体中形成复合水凝胶来制备第一电极。随后搅拌复合水凝胶以形成均匀的混合物并密封在烘箱中。冷却至室温后，将复合水凝胶浸入水中以去除任何杂质并冷冻干燥。
实施例18：通过改进的Hummers法制备GO，并通过超声处理将GO分散在水中。通过将脲、硝酸锌(II)六水合物和硝酸铁(III)依次加入GO水分散体中形成复合水凝胶来制备第一电极。随后搅拌复合水凝胶以形成均匀的混合物并密封在聚四氟乙烯作内衬的高压釜中。独立冷却至室温后，将复合水凝胶浸入去离子水中以去除任何杂质并在真空条件下冷冻干燥。
实施例19：通过改进的Hummers法制备GO，并通过超声处理将GO分散在水中。通过将脲、硝酸铁(II)六水合物和柠檬酸铁(III)依次加入GO水分散体中形成复合水凝胶来制备第一电极。随后将复合水凝胶加热，冷却至室温，并浸入丙酮中以去除任何杂质，并在真空条件下冷冻干燥。
示例性第二电极的制备
实施例20：如下用铂板对电极和Ag/AgCl参比电极在三电极电池中制备电极：用盐酸溶液处理镍泡棉基底以去除表面氧化物层，用去离子水彻底洗涤基底，并且在六水合硝酸镍(II)水溶液中以循环伏安法通过连续的电位扫描将氢氧化镍(II)电沉积在基底上。
实施例21：如下用铂板对电极和Ag/AgCl参比电极在三电极电池中制备电极：用氢溴酸溶液处理碳泡棉基底，并且在碳酸镍水溶液中以循环伏安法通过连续的电位扫描将氢氧化铜(II)电沉积在基底上。

Claims (14)

1.一种储能设备，包含：
第一电极，包含：
层状双氢氧化物；
基于三维石墨烯的导电支架；和
第一集流体；
第二电极，包含：
氢氧化物；和
第二集流体；
隔膜；和
电解质；
其中所述储能设备通过氧化还原反应和离子吸附来存储能量；并且
其中所述层状双氢氧化物包括金属层状双氢氧化物，所述金属层状双氢氧化物包含锌基层状双氢氧化物、铁基层状双氢氧化物、铝基层状双氢氧化物、铬基层状双氢氧化物、铟基层状双氢氧化物、锰基层状双氢氧化物或其任何组合。
2.根据权利要求1所述的储能设备，其中所述氧化还原反应在所述第一电极处发生，并且包含氢氧化锌的氧化还原反应和氢氧化铁的氧化还原反应中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的储能设备，其中所述氧化还原反应在所述第二电极处发生，并且包含氢氧化镍的氧化还原反应。
4.根据权利要求1所述的储能设备，其中所述离子吸附在所述电解质处发生，并且包含氧化锌的离子吸附。
5.根据权利要求1所述的储能设备，其中所述层状双氢氧化物包含金属层状双氢氧化物，所述金属层状双氢氧化物包含锌-铁层状双氢氧化物、铝-铁层状双氢氧化物、铬-铁层状双氢氧化物、铟-铁层状双氢氧化物、锰-铁层状双氢氧化物或其任何组合。
6.根据权利要求1所述的储能设备，其中所述基于三维石墨烯的导电支架包含导电泡棉、导电气凝胶、石墨烯泡棉、石墨泡棉、石墨烯气凝胶、石墨气凝胶或其任何组合。
7.根据权利要求1所述的储能设备，其中所述电解质包含含水的碱性电解质，所述含水的碱性电解质包含强碱和导电剂。
8.根据权利要求7所述的储能设备，其中所述导电剂包含氧化钠(I)、氧化钾(I)、氧化亚铁(II)、氧化镁(II)、氧化钙(II)、氧化铬(III)、氧化亚铜、氧化锌(II)、氯化亚铜、磷化镉、砷化镉、锑化镉、磷化锌、砷化锌、锑化锌、硒化镉、硫化镉、碲化镉、硒化锌、硫化锌、碲化锌、氧化锌或其任何组合。
9.根据权利要求7所述的储能设备，其中所述强碱包含氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡或其任何组合。
10.根据权利要求1所述的储能设备，其充电速率为至少约10C。
11.根据权利要求1所述的储能设备，其充电时间为至多约1小时。
12.根据权利要求1所述的储能设备，其电芯比容量为至少约2,500mAh。
13.根据权利要求1所述的储能设备，其活性物质比能量密度为至少约400Wh/kg。
14.根据权利要求1所述的储能设备，其总功率密度为至少约30kW/kg。
CN201980022874.8A 2018-02-01 2019-01-28 氧化还原和离子吸附电极及储能设备 Pending CN112005408A (zh)

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