泡沫镍负载NiMoO4/NiMoS4复合材料的制备及其电化学性能

以泡沫镍作为基底,采用水热法原位生长出具有片状结构的NiMoO₄活性材料,然后通过水热硫化制备出NiMoO₄/NiMoS₄复合材料,研究了水热时间和硫脲添加量对样品形貌和电化学性能的影响。电化学结果表明,NiMoO₄/NiMoS₄电极在电流密度为1A·g^-1时,比电容为1560.7F·g^-1,在电流密度为40A·g^-1时循环2000次后,比电容仍为初始比电容的76.7%。将NiMoO₄/NiMoS₄电极材料与活性炭(AC)分别作为正、负极组装的非对称超级电容器(ASC)在400W·kg^-1的功率密度下可提供29.0Wh·kg^-1的能量密度。     

双钙钛矿La2CoNiO6无机纳米纤维的制备及超级电容器性能

以聚乙烯吡咯烷酮/硝酸镧-乙酸钴-乙酸镍(PVP/LCN)为前驱体, 采用静电纺丝法, 经预氧化、碳化, 制得双钙钛矿La₂CoNiO₆无机纳米纤维超级电容器电极材料. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对其形貌和结构进行表征. 结果表明, 纤维由菱形结构的La₂CoNiO₆纳米颗粒相互连接而成, 呈链状空间网状结构. 循环伏安(CV)、恒流充放电(CP)和循环寿命测试表明, La₂CoNiO₆纳米纤维电极材料在三电极体系中, 电流密度为0.25 A·g^-1时, 比电容值达335.0 F·g^-1; 在对称型双电极体系中, 电流密度为0.25 A·g^-1时, 比电容值可达到129.1 F·g^-1,表现出良好的电容性能.     

硼、氮共掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

分别以含氮菲咯啉、四硼酸钾和醋酸锌为碳源、活化剂和模板,制备了B、N共掺杂多孔碳(BN-PC),并探究模板质量对BN-PC结构和储电性能的影响。当醋酸锌质量为5 g时,所得BN-PC₅中B、N杂原子含量分别为20.21%、18.29%。电化学测试结果表明,以6 mol·L^-1KOH为电解液,BN-PC₅电极展现出高的比电容(在0.05 A·g^-1电流密度下为255 F·g^-1)、优异的倍率性能(在20 A·g^-1电流密度下为188 F·g^-1)和卓越的循环稳定性(在5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次比电容保持率为97%)。以3mol·L^-1ZnSO₄为电解液,在平均功率密度为56 W·kg^-1时,BN-PC₅电容器的能量密度可达27 Wh·kg^-1。     

LiV3O8在Li2SO4水溶液中的电化学性能

采用低温固相法合成了具有纳米结构的LiV₃O₈材料.扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）测试显示该材料具有纳米结构.X射线衍射（XRD）表明该材料属于单斜晶系,P2₁Im空间群.并采用循环伏安法（CV）及电化学阻抗谱图测试对该材料在1、2 mol·L^-1Li₂SO₄水溶液及饱和Li₂SO₄水溶液中的电化学行为进行了研究.结果表明,LiV₃O₈在饱和Li₂SO₄水溶液中具有最好的电化学性能.以LiV₃O₈作为负极材料,LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂作为正极材料,饱和Li₂SO₄水溶液作为电解液组成了水性锂离子电池,进行恒流充放电测试,结果表明,在0.5C(1C=300 mA·g^-1)的充放电倍率下,该水性锂离子电池的首次放电比容量为95.2 mAh·g^-1,循环100次后仍具有37.0 mAh·g^-1的放电比容量.     

基于P掺杂TiO2/C纳米管负极的高性能锂离子电容器

以磷酸二氢钠(NaH₂PO₄)为磷源, 通过溶剂热法制备了P掺杂的TiO₂/C (P-TiO₂/C)纳米管以改善TiO₂的储锂性能. 电化学测试表明: P-TiO₂/C负极具有高的比容量(在0.1 A•g^-1的电流密度下达到335 mAh•g^-1)、优异的倍率性能(在2.0 A•g^-1的电流密度下为92 mAh•g^-1)及循环性能(在1.0 A•g^-1的电流密度下经过1000次循环后放电比容量仍维持在135 mAh•g^-1). 并且, P-TiO₂/C在2 mV•s^-1时的赝电容贡献约为96%. 由P-TiO₂/C负极和活性炭正极组装的锂离子电容器在250 W•kg^-1的功率密度下能量密度能够达到74.7 Wh•kg^-1. 此外, 该锂离子电容器在10000次循环后比电容保持率约为43%. 此外, 该器件在1.0 A•g^-1下循环10000次后充满电仍可点亮18只红色的LED灯组成的“LIC”字样. 该工作为高性能锂离子电容器TiO₂负极材料的设计提供了思路.     

碳纳米管/五氧化二钒空心球的制备及其电化学性能研究

采用溶剂热法制备了碳纳米管穿插的分级结构五氧化二钒空心球（VOC_x）. 使用XRD、SEM、循环伏安曲线和充放电曲线研究了不同碳纳米管量对产物结构、形貌和电化学性能的影响. 结果表明,碳纳米管的加入明显改善了VOC的倍率特性. 碳纳米管含量为7.1%时,0.5 A·g^-1电流密度下,其比电容达到346 F·g^-1,8 A·g^-1电流密度时,其电容保持率可达75%. 与活性炭组装成混合电容器,在功率密度为700 W·kg^-1时,能量密度达12.6 Wh·kg^-1.     

BC/CoNi2S4@PPy柔性复合电极材料的制备及电化学性能

本文采用溶剂热、原位聚合和真空抽滤相结合的方法制备了用于超级电容器的细菌纤维素/镍钴硫化物/聚吡咯(BC/CoNi₂S₄@PPy)柔性电极材料,通过X射线衍射、场发射扫描电镜、红外光谱、氮气吸脱附、拉伸强度和接触角表征了材料的形貌结构、组成、机械性能和亲水性,并采用循环伏安法和恒电流充放电测试了复合材料的电化学性能。结果表明,表面含氧官能团丰富的BC纤维网络结构对氧化还原活性物质CoNi₂S₄的生长和导电聚合物PPy的分布具有引导作用,CoNi₂S₄均匀分布在BC网络中,且PPy均匀包覆在BC纤维和CoNi₂S₄纳米球表面构成具有丰富孔隙结构的三维导电网络,使得该复合材料具有较好的机械性(抗拉强度达28.0±0.1 MPa)、亲水性(对6 mol·L^-1 KOH的瞬间接触角为43.6°)及良好的导电性。该电极材料在1 A·g^-1下比电容高达2670 F·g^-1,充放电循环10000次后比电容的保持率为82.73%,且经1000次反复弯曲后电化学性能保持不变。此外,将其与活性炭组成的非对称超级电容器,在1 A·g^-1下比电容为1428 F·g^-1,最高能量密度和功率密度分别达49.8 Wh·kg^-1和741.8 W·kg^-1。     

自掺杂氮多孔交联碳纳米片在超级电容器中的应用

自掺杂氮的多孔交联碳纳米片（N-ICNs）是将蒲公英种子通过一步活化碳化法制备的.蒲公英种子本身富含氮,不需要进行额外的掺杂处理,可以作为理想的碳前驱体.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对所制备的碳材料的微观形貌和组成成分进行了表征.基于高含氮量（2.88%）,N-ICNs在1 A·g^-1下具有337 F·g^-1的比电容和优异的倍率性能.此外,由N-ICNs组合成的对称型超级电容器在操作电压范围为0~2 V时具有很高的能量密度（25.3 Wh·kg^-1）和功率密度（900 W·kg^-1）,并且在循环10000次后仍具有98%的电容保持率.因此,N-ICNs将是一种非常理想的电极材料.     

基于碳包覆磷酸钛钠及活性炭的水系混合超级电容器的研究

本文研究了以碳包覆磷酸钛钠[NaTi₂（PO₄）₃/C]为负极、活性炭（AC）为正极的超级电容器.以柠檬酸为碳源,采用液相法制备前驱物,利用高温固相反应制备得到NaTi₂（PO₄）₃/C纳米颗粒.正负极活性物质质量比值为2.2,组装NaTi₂（PO₄）₃/C//Na₂SO₄//AC钠离子基水系混合超级电容器.电化学性能测试表明,在电压范围0.15~1.4 V,电流密度为0.5 A·g^-1的条件下,该电容器的比功率为121.15 W·kg^-1,比能量为18.71 Wh·kg^-1.提升电流密度至10 A·g^-1,比功率可达2.42 kW·kg^-1,相应比能量为14.13 Wh·kg^-1.在1 A·g^-1的电流密度下,循环1000圈,该电容器的比容量仍保持在初始值的76%.该器件很有希望作为高功率的辅助能量储存设备实现应用.     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了269.33 F·g^-1和350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在10.0 A·g^-1时仍能达到215.88 F·g^-1和280.62 F·cm^-3(其初始值的80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

采用水热法制备了氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料及作为比较的三维石墨烯、氢氧化镍纳米线、还原氧化石墨烯和氢氧化镍纳米线/还原氧化石墨烯, 通过X射线衍射、扫描电镜、热失重分析和氮气吸脱附表征了材料的形貌、结构和组成, 并采用循环伏安法和恒电流充放电测试了复合材料的电化学性能. 结果表明: 氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料中直径为20-30 nm的氢氧化镍纳米线和三维结构的石墨烯紧密结合, 相互交联形成网状结构, 其比表面积达到136 m²·g^-1, 孔径分布20-50 nm, 氢氧化镍纳米线的含量达到88% (w,质量分数). 在6 mol·L^-1的KOH电解液中, 复合材料的比电容在1 A·g^-1电流密度下达到1664 F·g^-1, 在1 A·g^-1电流密度下循环3000 次后的比电容保持率为93%. 将复合材料的比电容和循环性能与氢氧化镍纳米线、氢氧化镍纳米线/还原氧化石墨烯、三维石墨烯和还原氧化石墨烯的性能进行比较, 发现三维石墨烯较还原氧化石墨烯具有更高的比表面积和三维多孔结构, 可以更大地提高活性物质的利用率, 进而提高复合材料的比电容和稳定性.     

Investigating metal-organic framework as a new pseudo-capacitive material for supercapacitors

A new application of metal organic framework （MOF） as a pseudo-capacitive material for supercapacitors is investigated. To this end, a simple nickel-based MOF, formulated Ni3（btc）2.12H2O, is synthesized via a hydrothermal reaction. As an electro-active material, such nickel-based MOF exhibits superior pseudo- capacitive behavior in KOH aqueous electrolyte with a high specific capacitance of 726 F g-1. Also, it displays good electrochemical stability with 94.6% of the initial capacitance over consecutive 1000 cycles. In addition, a simple asymmetric supercapacitor with a high energy density of 16.5 Wh kg-1 is successfully built using the nickel-based MOF as positive electrode and commercial activated carbon as negative electrode in KOH electrolyte.     

以多层次聚苯胺颗粒为电极活性物质的超级电容器的电化学性能

以(NH₄)₂S₂O₈为氧化剂用化学氧化法合成了具有多层次结构的聚苯胺颗粒，其二次颗粒由一次颗粒集结而成，一次颗粒的粒径基本上在1 μm以下，一次颗粒由多层微小薄片叠合而成. 用这种聚苯胺为活性物质制成电极，以2 mol•L^-1的H₂SO₄水溶液作电解液，组装成了聚苯胺电极超级电容器. 用循环伏安法、电化学阻抗谱和恒电流充放电技术测试了该超级电容器的电化学性能.在7 mA的充放电电流下，它的比能量可达6.35 Wh•kg^-1，比功率可达132 W•kg^-1，电极材料的比容量可达408 F•g^-1. 在20 mA的充放电电流下，它的比能量可达4.39 Wh•kg^-1，比功率可达328 W•kg^-1，电极材料的比容量可达324 F•g^-1. 在100次的充放电循环中，聚苯胺电极超级电容器的电容量没有下降，电荷充放电效率一直保持在95%左右.     

Boosting the Energy Density of Flexible Asymmetric Supercapacitor with Three Dimensional Fe2O3 Composite Brush Anode

Flexible asymmetric supercapacitor is fabricated with three dimensional(3D)Fe2O3/Ni(OH)2 composite brush anode and Ni(OH)2/MoO2 honeycomb cathode.Particularly for 3D composite brush anode,a layer of thin Fe2O3 film is firmly adhered on a 3D Ni brush current collector with the assist of Ni(OH)2,functioning as both adherence layer and pseudocapacitive active material.The unique 3D Ni brush current collector possesses large surface area and stretching architecture,which facilitate to achieve the composite anode with high gravimetric capacitance of 2158 F/g.In terms of cathode,Ni(OH)2 and MoO2 have a synergistic effect to improve the specific capacitance,and the resulting Ni(OH)2/MoO2 honeycomb cathode shows a very high gravimetric capacitance up to 3264 F/g.The asymmetric supercapacitor(ASC)has balanced cathode and anode,and exhibits an ultrahigh gravimetric capacitance of 1427 F/g and an energy density of 476 W·h/kg.The energy density of ASC is 3-4 times higher than those of other reported aqueous electrolyte-based supercapacitors and even comparable to that of commercial lithium ion batteries.The device also shows marginal capacitance degradation after 1000 cycles'bending test,demonstrating its potency in the application of flexible energy storage devices.     

利用均相沉淀剂和形貌导向剂水热一步合成层状镍钴氢氧化物

本文利用在反应过程中同时添加均相沉淀剂六次甲基四胺和形貌导向剂十六烷基三甲基溴化铵,结合水热反应的方法一步合成了镍钴氢氧化物. 随着六次甲基四胺的水解,层状镍钴氢氧化物可以被合成而且避免了额外碱源的使用;同时,由于反应过程中十六烷基三甲基溴化铵参与的孔径调节,合成出来的镍钴氢氧化物具有可控的介孔尺寸13.4 nm以及较大的比表面积93.6 m²•g^-1. X射线衍射图谱表明合成出来的镍钴氢氧化物构型是α-Ni(OH)₂-β-Co(OH)₂. 扫描电镜表明合成出来的镍钴氢氧化物具有层状的结构. 正是因为层状介孔结构的存在,合成出来的镍钴氢氧化物在1A•g^-1电流密度下,比电容可以高达1902 F•g^-1;即使电流密度提高到8 A•g^-1,镍钴氢氧化物的比电容仍然可以保持在1250F•g^-1.     

碳海绵上电化学沉积Fe_2O_3纳米片及其增强电容性能

设计高性能的可压缩电极是实现可压缩电容器器件的关键,碳海绵(CS)具有理想的压缩形变,但却受制于有限的容量。本工作以CS为可压缩基底,通过恒电流沉积及低温热处理技术,在CS骨架上均匀沉积了α-Fe_2O_3纳米片。复合电极中Fe_2O_3的负载量随沉积时间的延长逐渐增加,且在沉积16 h后达到饱和。系统地考察了CS-Fe_2O_3复合电极在不同压力下的可压缩性能,并在三电极体系中,通过循环伏安、恒电流充放电等方法研究了CS-Fe_2O_3复合电极在3.0mol·L~(-1)KOH电解液中的电容性能。结果表明,当复合电极CS-Fe_2O_3压缩率减小时,电极的内阻增大,比电容相应减小。CSFe_2O_3-12电极在电流密度为1 A·g~(-1)时的最大比电容为294 F·g~(-1),且经过10000次恒电流充放电后,电容量仍然能保持初始值的81%,是一种潜在的电化学性能稳定的可压缩超级电容器电极材料。     

基于混合溶剂有机电解液的超低温孔洞石墨烯超级电容

适用于极低温环境的石墨烯超级电容具有广阔的应用前景。然而,由于片层间严重的堆叠团聚,目前石墨烯超级电容的低温储能性能并不理想。本文使用H₂O₂氧化刻蚀法制备了孔洞石墨烯(rHGO),将传统有机溶剂碳酸丙烯酯(PC)和低凝固点溶剂甲酸甲酯(MF)混合制备了混合溶剂有机电解液,组装获得了能够在-60 ℃极低温环境下稳定工作的超级电容。结果表明,该超级电容在-60 ℃下的比电容为106.2 F·g^-1,相对于常温电容(150.5 F·g^-1)的性能保持率高达70.6%,显著优于未做处理的石墨烯(52.3%)以及文献中的其他石墨烯材料。得益于孔洞化形貌中丰富的介孔和大孔所形成的离子传输通道和缩短的离子传输路径,孔洞石墨烯内的离子扩散阻抗远小于普通石墨烯,且受温度降低的影响更小。在-60 ℃的极低温条件下,该超级电容表现出26.9 Wh·kg^-1的最大能量密度和18.7 kW·kg^-1的最大功率密度,优于传统碳材料的低温超级电容性能。-60 ℃时在5 A·g^-1电流密度下循环充放电10000次后电容保持率达89.1%,具有良好的低温循环稳定性。