碳纳米管用作超级电容器电极材料

碳纳米管由于具有化学稳定性好、比表面积大、导电性好和密度小等优点,是很有前景的超级电容器电极材料。本文介绍了碳纳米管用作超级电容器电极材料的研究现状,总结了单纯碳纳米管电极材料和碳纳米管复合物电极材料的特点与性能,并探讨了今后碳纳米管电极材料的发展方向。     

碳纳米管的修饰及其在超级电容器中的应用

碳纳米管以其窄孔径分布、高有效比表面积、良好导电性能、良好力学性能、优良化学稳定性和良好热稳定性以及较低成本等优点,被认为是超级电容器的理想电极材料之一.本文结合碳材料具有的双电层电容和金属氧化物、导电聚合物具有的准法拉第电容,综述了碳纳米管的修饰处理技术及碳纳米管/金属氧化物、碳纳米管/导电聚合物复合材料、碳纳米管原位再生长技术的研究进展,指出碳纳米管的修饰能更好地改善其电化学性质,因此碳纳米管复合材料是超级电容器电极材料研究的一个重要发展方向.     

超级电容器用炭/导电聚合物复合材料*

炭/导电聚合物复合材料是近年来发展起来应用于超级电容器的一种新型电极材料。炭材料与氧化物的复合材料,或者炭材料与导电聚合物的复合材料,能够将双电层电容与法拉第电容结合,既可提高超级电容器的比电容,改变其充放电电压,又可提高其循环性能。本文综述了近年来国内外各种炭材料,如活性炭,碳纳米管等与导电聚合物复合材料的研究进展,认为炭与导电聚合物的复合材料,尤其是性能优良的炭气凝胶,模板法制备的中孔炭,以及由金属或非金属碳化物与氯气等刻蚀剂反应制备的骨架炭与导电聚合物的复合材料是超级电容器电极材料研究的一个重要发展方向。     

碳基超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器是近年迅速发展起来的一种新型储能元件,决定超级电容器性能的最重要因素是电极材料。碳材料以其比电容高、循环寿命长和资源丰富等优点,已经成为当前超级电容器电极材料的有力竞争者。用作超级电容器电极的碳材料主要包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。本文详细介绍了超级电容器用碳材料的特点、应用及发展状况,并指出制备具有大比表面积和高导电率的多孔碳是当前碳材料电极的主要研究方向。     

用于超级电容器电极材料的石墨烯基纳米复合物的种类和研究现状

超级电容器是目前研究较多的新型储能元件,其大的比电容、高的循环稳定性以及快速的充放电过程等优良特性,使其在电能储存及转化方面得到广泛应用。超级电容器的电极材料是它的技术核心。石墨烯作为一种新型的纳米材料,具有良好的导电性和较大的比表面积,可作为超级电容器的电极材料。利用其他导电物质对石墨烯进行改性和复合,可以在保持其本身独特优点的同时提高作为电极材料的导电率、循环稳定性等其他性能。本文从半导体/石墨烯复合材料、金属及金属氧化物/石墨烯复合材料、石墨烯/导电聚合物复合材料3个方面综述了复合改性后的石墨烯在超级电容器电极材料方面的研究进展。通过对各复合物电极材料的制备方法和性能的对比分析,指出石墨烯基复合物作为超级电容器的电极材料的未来研究内容是开发低成本、高比容量和高循环稳定性的复合物。     

超级电容器炭电极材料的研究

炭电极材料是超级电容器的核心,该领域的研究近年来相当活跃,活性炭粉、活性炭纤维、碳凝胶、碳纳米管、玻态炭、模板炭、碳化物衍生炭、石墨烯等各种多孔炭材料用作超级电容器电极材料的研究都有报道.本文概述了我们近年来在超级电容器炭电极材料方面的研究工作,主要介绍了强碱化学活化制备活性炭电极材料、纳米CaCO3模板法制备介孔炭电...     

提高电容性电化学储能装置能量容量的一些尝试

本文从作者所在的课题组在超级电容器和超级电容电池方向的研究内容为基础,在电极材料和装置层面综述了电容性电化学储能装置的发展. 导电聚合物和过渡金属氧化物分别与碳纳米管复合后的复合物能显著提高前两者作为电容性法拉第储能电极的电容性能. 活性炭和碳黑等一类碳材料则可作为非法拉第储能的电极材料. 通过对超级电容器正负极电容做相应的匹配调整可以提高超级电容器的最大充电电压,从而提高超级电容器的能量容量. 此外,为了与实际设备相匹配,超级电容可以以双极板的方式串联堆积,满足高电压的需求. 超级电容电池作为新一代的电容性电化学储能装置,分别由具有电容性和法拉第电荷储存原理的电极组成,具有高比功率和高比能量的特点,也是近年来的研究热点.     

提高电容性电化学储能装置能量容量的一些尝试（英文）

本文从作者所在的课题组在超级电容器和超级电容电池方向的研究内容为基础,在电极材料和装置层面综述了电容性电化学储能装置的发展.导电聚合物和过渡金属氧化物分别与碳纳米管复合后的复合物能显著提高前两者作为电容性法拉第储能电极的电容性能.活性碳和碳黑等一类碳材料则可作为非法拉第储能的电极材料.通过对超级电容器正负极电容做相应的匹配调整可以提高超级电容器的最大充电电压,从而提高超级电容器的能量容量.此外,为了与实际设备相匹配,超级电容可以以双极板的方式串联堆积,满足高电压的需求.超级电容电池作为新一代的电容性电化学储能装置,分别由具有电容性和法拉第电荷储存原理的电极组成,具有高比功率和高比能量的特点,也是近年来的研究热点.     

石墨烯-聚苯胺类超级电容器复合电极材料

聚苯胺理论比容量高、易合成,是一种理想的电极材料,但其循环寿命差,而石墨烯具有高的理论比表面积,将二者复合,充分利用两者之间的协同效应,能够使复合材料具有优异的电化学电容性能。本文回顾了近几年石墨烯-聚苯胺纳米复合材料在超级电容器中的最新研究结果及其制备方法,并对如何优化电极的结构与性能进行讨论,同时介绍了石墨烯-聚苯胺类电极材料在有机超级电容器中的应用进展,最后对石墨烯-聚苯胺复合材料的前景进行了展望。超级电容器用石墨烯-聚苯胺纳米复合材料的发展取决于其合理的微观结构设计,构建理想的三维多孔结构以避免聚苯胺的膨胀与收缩现象是研究的方向之一,此外,在改善石墨烯和聚苯胺间弱的界面相互作用的同时寻求石墨烯性能与功能化的平衡仍是难点,机械性能优异的聚苯胺纳米复合材料对于柔性全固态超级电容器的研究也会起到关键作用。     

氧等离子体改性的聚苯胺/碳纳米管电化学性能

由乳液聚合法制备聚苯胺/碳纳米管复合电极材料,再利用感应耦合氧等离子体源对其进行射频放电处理,制得改性后的复合材料,进一步研究氧等离子体处理时间对材料表面性质和电化学性能的影响。通过SEM和FTIR对复合材料的表面形貌和组成进行分析和表征,结果显示复合材料在改性后的微观形貌均一,粒径变小且颗粒间团聚减轻,材料表面引入了羟基官能团。电化学测试表明,经氧等离子体改性处理10 min后,聚苯胺/碳纳米管复合材料具有突出的电化学特性,比电容为287.8 F.g-1,为改性前的1.7倍,同时等效串联电阻(ESR)降低了67.7%,是一种优良的超级电容器电极材料。由此也表明氧等离子体改性是一种高效的电极材料改性方法。     

Electrocatalytic properties of multiwalled carbon nanotubes-based nanocomposites for oxygen electrodes

Metals (platinum, nickel, and lead) and oxides (manganese dioxide and molybdenum, chromium, cobalt, and niobium oxides) were deposited onto multiwalled carbon nanotubes by chemical and electrochemical methods. The resulting nanocomposites were tested as oxygen electrode materials for electrochemical power sources with alkaline electrolytes. A correlation was revealed between the catalytic activity of oxygen electrodes manufactured from composites based on carbon nanotubes with catalyst deposited, on the one hand, and the coefficient a in the Tafel equation for the oxygen evolution reaction on this catalyst, on the other. A possibility of predicting and evaluating the catalytic properties of oxygen electrode materials for power sources was suggested.     

Nickel oxide coated on ultrasonically pretreated carbon nanotubes for supercapacitor

Nickel oxide/carbon nanotubes (NiO/CNTs) composite materials for supercapacitor are prepared by chemically depositing nickel hydroxide onto carbon nanotubes pretreated by ultrasonication and followed by thermal annealing at 300 °C. A series of NiO/CNTs composites with different weight ratios of nickel oxide versus carbon nanotubes are synthesized via the same route. The high-resolution TEM and SEM results show that a lot of nicks, which favored the nucleation of the nickel hydroxide formed on the outer walls of carbon nanotubes due to ultrasonic cavitations, and then nickel oxide coated uniformly on the outer surface of the individual carbon nanotubes. The NiO/CNTs electrode presents a maximum specific capacitance of 523 F/g as well as a good cycle life during 1,000 cycles in 6 M KOH electrolyte. The good electrochemical characteristics of NiO/CNTs composite can be attributed to the three-dimensionally interconnected nanotubular structure with a thin film of electroactive materials.     

纳米碳材料在可穿戴柔性导电材料中的应用研究进展

可穿戴设备的兴起使得对柔性器件的需求日益提高,柔性导电材料作为可穿戴器件的重要组成部分而成为研究的热点。传统的电极材料主要是金属,因金属材料本身不具有柔性,一般通过降低金属层厚度以及设计波纹结构等策略实现其在柔性器件中的应用,其加工程序复杂,成本较高。以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料兼具良好的柔性和优异的导电性,且具有化学稳定、热稳定、光学透明性等优点,在柔性导电材料领域展现了极大的应用潜力。本文简要综述了近年来纳米碳材料在柔性导电材料领域的研究进展,首先介绍了碳纳米管基柔性导电材料,分别包括基于碳纳米管水平阵列、碳纳米管垂直阵列、碳纳米管薄膜、碳纳米管纤维的柔性导电材料;继而介绍了石墨烯基柔性导电材料,包括基于剥离法制备的石墨烯和化学气相沉积法制备的石墨烯以及石墨烯纤维基柔性导电材料;并简述了碳纳米管/石墨烯复合柔性导电材料;最后论述了纳米碳材料基柔性导电材料所面临的挑战并展望了其未来发展方向。     

碳纳米管/铜纳米结构电极材料在葡萄糖检测中的应用

利用电化学沉积法制备了碳纳米管/铜纳米结构电极材料, 采用扫描电子显微镜和电化学方法对电极表面的形貌和电化学性质进行了表征. 结果表明, 碳纳米管/铜纳米结构电极材料具有较大的电化学活性表面积、 高稳定性、 良好的导电性以及高葡萄糖电氧化活性, 有望用于葡萄糖的检测.     

磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料的合成与超级电容特性

运用重氮化技术制备了水溶性磺化碳纳米管,在此基础上,以不同直径的磺化碳纳米管(1～2 nm,<8 nm,10～20 nm,30～50 nm)为载体,采用原位氧化聚合方法合成了一系列磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料.红外和紫外-可见光谱分析表明,聚苯胺与磺化碳纳米管之间存在π-π相互作用,并形成了电荷转移复合物;且随着碳纳...     

Nanocomposites with mixed electronic and protonic conduction for electrocatalysis

Novel multipurpose electrode materials that have various catalytic applications are developed. The materials are composites based on multiwalled carbon nanotubes and electroconducting polymer polyaniline, organized as “fiber in a jacket.” Nanoparticles of metallic platinum and compounds of transition metals are additionally immobilized in the polymer layer. It is demonstrated experimentally that the materials possess high electronic and protonic conductance, thermal stability, hydrophilicity, large specific surface area, and considerable porosity.     

碳纳米管微结构的改变对其容量性能的影响

以KOH为活性剂，通过在高温下将碳纳米管进行活化处理来实现对碳纳米管管壁结构的改变，得到了比表面积和孔容分别是活化处理前约3倍和1.5倍的活性碳纳米管.将活化处理前后两种碳纳米管分别制作成电化学超级电容器电极，在充满氩气的无水手套箱组装成模拟电化学超级电容器，在恒流充放电模式下进行电化学可逆容量的测试，发现活性碳纳米管的电化学容量远高于活化前碳纳米管，是它的2倍.从而发现碳纳米管被打断，管壁变粗糙的活性碳纳米管比一般碳纳米管更适合用于电化学超级电容器电极材料.     

The new composites,polyacetylene-carbon nanotubes: Electrochemical properties

Polyacetylene- and carbon-nanotube-based composite materials are prepared by the method of polymerization filling for the first time. It is shown that the acetylene polymerization mainly occurs at catalytic centers attached to the carbon nanotubes. It follows from TEM data that in the case of single-wall nanotubes the polyacetylene fibriles are wound up onto the nanotubes. In the case of multi-wall nanotubes, polyacetylene can form separate bodies that are connected to the multi-wall nanotubes. The specific electrochemical capacity of the novel composite materials is nearly twice as large as compared with that of the composite prepared by mechanical mixing; it is by two orders of magnitude larger than the pure polyacetylene capacity. The reversibility of the Li⁺ intercalation-deintercalation electrode reaction appears significantly improved at the polyacetylene-carbon nanotubes composites.     

氢键型碳纳米管增强自修复复合材料的制备和表征

使用低聚酸、二乙烯三胺以及尿素为原料,碳纳米管为增强剂,制备出兼具良好力学性能和室温(30 ℃)自修复性能的氢键型自修复复合材料,同时对材料通过氢键进行自修复的机制进行了合理推测。 首先,对不同碳纳米管添加量的自修复材料进行应力-应变性能测试。 结果发现,随着碳纳米管的添加,材料的应力、应变均有所提高,添加质量分数9%碳纳米管时,材料的应力达到4.1 MPa、应变达到6%以上。 对添加质量分数9%碳纳米管的自修复材料进行表面形态、自修复性能以及热稳定性能测试。 结果表明,碳纳米管与材料有良好的相容性,材料的表面与切面形态相似;在室温下自修复24 h,自修复效率达到100%;10次断裂-修复循环中自修复效率仍能保持90%以上;材料具有良好的热稳定性,最大失重速率下的温度为474.3 ℃。 为下一代类皮肤传感器以及可穿戴智能设备提供了一种选择,为未来该类型自修复聚合物复合材料在高拉伸强度领域的应用奠定了技术基础。     

碳纳米管及碳纤维增强环氧树脂复合材料研究进展

碳纳米管与碳纤维具有优异的力学、电学等性能,广泛用做复合材料增强体,但目前碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料的研究具有一定的局限性,只考虑了两相材料间的作用,即仅对单一相进行处理而忽略了另一相的改性。本文从碳纳米管/碳纤维协同增强环氧树脂基体复合材料的思路入手,结合自己的研究成果,综述了国内外相关研究进展。从研究结果可以看出,将三相材料之间完全有效地联系起来,发挥三者间的协同效应,复合材料的性能可以发生质的飞跃。