Effective strategies to enhance electrochemical performance of carbon materials for non-aqueous potassium- and sodium-ion capacitors

Hybrid-Ionen-Kondensatoren werden seit Jahrzehnten als eine aufstrebende Klasse von Energiespeichersystemen betrachtet, die die Leistung kommerzieller elektrischer Doppelschichtkondensatoren mit hoher Leistung und konventioneller Sekundär-Ionen-Batterien mit ausgezeichnet energischem Output überbrücken können. In der letzten Zeit wurden Kalium- und Natrium-Ionen-Kondensatoren aufgrund der Abundanz und der Kosten-Günstigkeit des Kalium- und -Natriumressourcen als aussichtsreiche Energiespeicher für kommerzielle Anwendungen angesehen. Aber drei wesentliche Herausforderungen sollen zuerst diskutiert werden. Die limitierte Elektrodenkapazität aufgrund der Komplexität der hybriden Ionenspeicherung, die Diffusionskinematik der Ionen beschränkt durch den großen Radius der K- und Na-Ionen und die fehlende Elektrolytforschung. Um die obengenannten Herausforderungen zu bewältigen, werden drei neuartige und effektive Strategien entwickelt, sodass die drei wichtigen Komponenten bzw. die Kathode, der Elektrolyt und die Anode der Hybrid-Ionen-Kondensatoren optimiert werden können. Zuerst wird eine mit dem Sauerstoff funktionalisierter Kohlenstoff-Elektrode als höher Kapazität-Kathode der Kalium-Ionen-Kondensatoren hergestellt. Dabei wird die Rationalität der Auswahl der Kohlenstoff-Precursoren und die Sauerstofffunktionalisierungstechnik diskutiert. Demnächst wird eine systematische Korrelationsuntersuchung zwischen den Elektrolyten und der Dual-Ionenspeicherung der Sauerstoffkatode der Kalium-Ionen Kondensatoren durchgeführt. Die Interaktion zwischen Kationen und Anionen spielt eine wichtige Rolle bei der Dual-Ionen-Speicherung der Kohlenstoff-Kathode. Darüber hinaus wird gezeigt, dass der Ether-Elektrolyt bei der Kationen- und Anionen-Speicherung mit hohen Raten besser als der Ester-Elektrolyt wirkt. Drittens wird eine Kombination aus Adsorptions- und Co-Interkalationsmechanismus als neue Ionenspeicherungsmechanismus vorgeschlagen, um eine effiziente schnelle Na-Ionen-Speicherung auf der Kohlenstoff-Anode der Nalium-Ionen Kondensatoren zu realisieren. Alle drei Arbeiten werden sowohl in Halb- als auch in Vollzellen demonstriert, sodass eine verbesserte elektrochemische Leistung in Bezug auf große Kapazität, lange Lebensdauer und das High-Rate Vermögens erreichen werden kann. Die obengenannten effektiven Strategien haben ausführlich gezeigt, wie die Gestaltung der Materialsynthese, die Optimierung des Elektrolyten und die Modifizierung des Mechanismus für die leistungsstarken Hybrid-Ionen-Kondensatoren sind.Hybrid ion capacitors have attracted much attention for decades as an emerging class of energy storage system that may bridge the performance of commercial electric double-layer capacitors with high-power output and conventional secondary ion batteries with high-energy output. Recently, potassium- and sodium-ion capacitors have been considered as promising energy storage devices to realize commercial applications owing to the abundant and low-cost sodium and potassium resources. However, there are still three key challenges to promote their development. First, electrode capacity suffers from the complexity of hybrid ion storage. Second, ionic diffusion kinetics suffers from the large radius of Na and K ions. Third, the lack of electrolyte research. In order to tackle these challenges, three novel and effective strategies are developed to optimize three important components of hybrid ion capacitors: cathode, electrolyte, and anode. First, an oxygen-functionalized carbon electrode is fabricated as the high-capacity cathode for potassium-ion capacitor. The rationality of the carbon precursor selection and oxygen functionalization engineering are discussed. Second, a systematic investigation between the electrolytes and dual-ion storage is carried out. This work first reveals that the interaction of the cations and anions plays a key role in the dual-ion storage of the carbon cathode. It further demonstrates that the ether electrolyte outperforms the ester electrolytes in high-rate cation and anion storage. Third, a combination of adsorption mechanism and co-intercalation mechanism is proposed to realize fast Na-ion storage on the carbon anode. All three works are demonstrated in both half cells and full cells, they achieve improved electrochemical performance in terms of large capacity, long cycle life, and high rate capability. These effective strategies can provide valuable guidance regarding materials synthesis design, electrolyte optimization, and mechanism modification for approaching high-performance hybrid ion capacitors

Doping influence of spin dynamics and magnetoelectric effect in hexagonal Y0.7_{0.7}Lu0.3_{0.3}MnO3_{3}

We use inelastic neutron scattering to study spin waves and their correlation with the magnetoelectric effect in Y$_{0.7}$Lu$_{0.3}$MnO$_3$. In the undoped YMnO$_3$ and LuMnO$_3$, the Mn trimerization distortion has been suggested to play a key role in determining the magnetic structure and the magnetoelectric effect. In Y$_{0.7}$Lu$_{0.3}$MnO$_3$, we find a much smaller in-plane (hexagonal $ab$-plane) single ion anisotropy gap that coincides with a weaker in-plane dielectric anomaly at $T_N$. Since both the smaller in-plane anisotropy gap and the weaker in-plane dielectric anomaly are coupled to a weaker Mn trimerization distortion in Y$_{0.7}$Lu$_{0.3}$MnO$_3$ comparing to YMnO$_3$ and LuMnO$_3$, we conclude that the Mn trimerization is responsible for the magnetoelectric effect and multiferroic phenomenon in Y$_{1-y}$Lu$_{y}$MnO$_{3}$.Comment: 5 pages, 5 figure

Visualizing Gender Gap in Film Industry over the Past 100 Years

Visualizing big data can provide valuable insights into social science research. In this project, we focused on visualizing the potential gender gap in the global film industry over the past 100 years. We profiled the differences both for the actors/actresses and male/female movie audiences and analyzed the IMDb data of the most popular 10,000 movies (the composition and importance of casts of different genders, the cooperation network of the actors/actresses, the movie genres, the movie descriptions, etc.) and audience ratings (the differences between male's and female's ratings). Findings suggest that the gender gap has been distinct in many aspects, but a recent trend is that this gap narrows down and women are gaining discursive power in the film industry. Our study presented rich data, vivid illustrations, and novel perspectives that can serve as the foundation for further studies on related topics and their social implications.Comment: Accepted by ChinaVis 2022 (Poster Presentation