电化学双电层电容器电极材料——豌豆荚基活性炭的制备与表征

以豌豆荚为碳源、ZnCl₂或KOH为活化剂制备了活性炭, 并用作双电层电容器的电极材料. 采用比表面及孔隙度分析仪表征了豌豆荚基活性炭的孔结构. 通过KOH或ZnCl₂活化后, 活性炭比表面积从1.69 m²·g^-1增大到2237或621 m²·g^-1. 采用循环伏安法和恒流充放电测试技术表征了豌豆荚基活性炭的电化学特性. 结果表明: 在6 mol·L^-1 KOH溶液中经KOH活化处理的活性炭的质量比电容高达297.5 F·g^-1, 并具有良好的充放电稳定性, 在5 A·g^-1的高电流密度下循环充放电500次后, 质量比电容仅衰减8.6%.     

石墨烯氧化程度对Ni(OH)2赝电容性能的影响

基于密度泛函理论(DFT)设计了一系列不同氧化程度的还原氧化石墨烯片(rGNOs)并研究了其表面的氧化缺陷与吸附的氢氧化镍(Ni(OH)₂)之间的相互作用. 结果发现,rGNOs表面的含氧基团与Ni(OH)₂之间的吸附能与含氧基团的氧化程度相关. 在吸附Ni(OH)₂后,rGNOs的原子间距和电荷分布的变化也都受rGNOs表面的含氧缺陷的氧化程度影响. 理论计算的结果与实验观察的结果一致并能给出合理的解释.我们用简单的恒电位电化学沉积法有效地在rGNOs表面制备了粒径只有5 nm的Ni(OH)₂纳米粒子. 在Ni(OH)₂/rGNOs制备过程中,氧化石墨烯的电化学还原是关键步骤. Ni(OH)₂上吸附的Ni(OH)₂因具有更高的吸附能而使其与在镍膜表面直接吸附的Ni(OH)₂(在5 mV·s^-1下比电容为656 F·g^-1)相比具有更高的比电容值(在5 mV·s^-1下为1591 F·g^-1).rGNOs在吸附Ni(OH)₂后构型和电荷分布的变化导致Ni(OH)₂具有更低的等效串联电阻和更佳的频率响应.Ni(OH)₂/rGNOs优异的赝电容特性表明其有潜力成为新型赝电容器材料.     

泡沫镍负载的NiCo2O4纳米线阵列电极的超级电容性能

采用无模板自然生长法制备了泡沫镍支撑的NiCo₂O₄纳米线阵列电极, 利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观测了纳米线的表面形貌, 利用X射线衍射(XRD)分析了纳米线的结构, 通过循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试了电极的超级电容性能. 结果表明: NiCo₂O₄纳米线直径约为500-1000 nm、长度约为10 μm, 垂直且密集地生长在泡沫镍骨架上. 纳米线阵列电极的放电比容量高达741 F·g^-1, 循环420次后比容量仍保持在655 F·g^-1, 电化学阻抗测试其电荷传递电阻仅为0.33 Ω, 420次循环后电荷传递电阻仅增加0.06 Ω.     

聚苯胺/活性碳复合型超电容器的电化学特性

电化学电容器作为一种新型储能器件具有广泛的应用.采用(NH₄)₂S₂O₈化学氧化聚合苯胺法制备了聚苯胺电极材料，采用化学物理二次催化活化法制备了高比表面积活性碳材料.并用循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗等方法对上述电极材料的电化学特性进行了研究.实验结果表明,所制备的聚苯胺电极材料具有高于420 F•g^－1的法拉第赝电容和良好的电化学特性，所制备的活性碳电极材料则具有160 F•g^－1的双电层电容量.分别采用聚苯胺作为正极，活性碳作为负极，38％硫酸作为电解液制备了复合型电化学电容器.复合型电容器工作电压达到1.4 V, 电容器单体比电容达到57 F•g^－1，最大比能量和最大真实比功率分别达到15.5 W•h•kg^－1和2.4 W•g^－1, 峰值比功率达到20.4 W•g^－1,电容器循环工作寿命超过500次. 与活性碳双电层电容器相比，复合型电容器还具有较低的自放电率.     

钴酸镍纳米花/活性炭纤维复合物的制备和表征及其超级电容器性能

利用简单的水热法以及后续热处理, 将钴酸镍纳米花成功生长在活性炭纤维支架上. 场发射扫描电镜(FESEM)及透射电镜(TEM)结果表明, 纳米花是由纳米针自组装而成, 而纳米针呈多孔结构. 这种三维复合多级结构非常有利于电解质离子的渗透和电子的传输. 将该多孔钴酸镍纳米花/活性炭纤维布作为工作电极, 表现出优良的电容性能. 在1 A·g^-1时, 比电容高达1626 F·g^-1; 在10 A·g^-1时, 电容保持率为65%, 具有超高的电容值和优异的倍率特性.     

NiO/MnO2分级纳米片阵列复合材料的制备与超电容性能

通过化学浴沉积和水热法在泡沫镍上制备了NiO/MnO₂分级纳米片阵列复合材料,XRD和SEM测试表明NiO纳米片垂直生长在泡沫镍上,交叉形成网状阵列结构;MnO₂纳米介孔泡沫进一步生长在NiO纳米片两侧,与NiO形成了壳核式的复合结构。循环伏安和恒流充放电测试发现,NiO/MnO₂分级纳米片阵列复合材料的电化学性能相比复合前得到明显改善,在1 A·g^-1的电流密度下,比电容提高至1 297 F·g^-1;2 A·g^-1下循环1 000次,比电容保持率高达97%,比电容和循环性能的改善是由于分级纳米片阵列复合结构方便了电解液传质,扩大了活性材料与电解液的接触,促进了赝电容反应,提高了NiO和MnO₂的结构稳定性。     

混合纳米氢氧化镍的球镍电极材料的电化学活性研究

采用配位沉淀法制备出了Ni(OH)₂样品，经XRD测试为β-Ni(OH)₂，TEM测试结果表明其为平均粒径50nm左右的不规则的颗粒。将所制备的纳米Ni(OH)₂按8wt%的比例在球镍中混合后制成电极，可使正极的比容量提高11%左右。热分析表明，纳米Ni(OH)₂的电化学活性高于球镍的电化学活性。激光拉曼光谱的测试结果说明了8wt%混合后制成的纳米电极确实有较好的放电容量，同时也证实了用拉曼光谱可以表征电极材料的充放电     

热处理对二氧化锰电化学行为的影响

以高锰酸钾和醋酸锰为前驱体, 通过液相沉淀法合成得到二氧化锰. 在不同温度热处理条件下研究二氧化锰的结构转变及其作为超级电容器电极材料的电化学行为. 采用X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM), 氮气物理吸附和热重(TG)等手段表征产物的结构特点; 采用循环伏安和恒流充放电等方法表征其电化学行为. 结果表明: 合成的二氧化锰是具有中孔特征的α-MnO₂, 比表面积为253 m²·g^-1, 颗粒尺寸在50-100 nm之间. 350 °C以下的低温热处理使氧化锰仍能保持α-MnO₂的晶体结构, 比表面积为170 m²·g^-1左右, 单电极比电容值由原来未热解时的267 F·g^-1增加到250 °C热处理后的286 F·g^-1. 高温热处理(>450 °C)导致氧化锰逐渐过渡为α-Mn₂O₃, 且表面积下降约为30 m²·g^-1, 比电容急剧下降. 低温热处理后氧化锰的电化学稳定性明显提高, 在50 mV·s^-1的快速扫描速率下, 电极具有良好的倍率特性.     

电弧放电法制备石墨烯的硝酸改性及其电化学性能增强

采用电弧放电法大规模制备了层数少, 导电率高, 结晶性好的石墨烯纳米片(GNSs). 通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征发现制得的石墨烯形貌良好. 然而电化学测试表明GNSs作为电极材料的电容性能不好. 为了增加材料表面电化学反应活性点, 促进GNSs在水系电解液中的润湿性, 我们对所制备的GNSs表面进行了硝酸改性处理. 结果显示硝酸处理后的石墨烯纳米片(H-GNSs)表面新增了较多的含氧氮官能团,其亲水性得到了显著提高. 对H-GNSs的电化学研究表明: 硝酸改性处理后的GNSs在2 mol·L^-1 KOH溶液中电流密度为0.5 A·g^-1时, 比电容可达65.5 F·g^-1, 约为改性前的30 倍; 此外, H-GNSs作为电极材料连续进行2000次充放电测试后还展示出了良好的循环稳定性, 是一种潜在的超级电容器电极材料.     

一种新型有机硅离子液体电解液在超级电容中的应用

设计合成了一种新型有机硅室温离子液体(SiN1IL), 并对其化学结构和电化学窗口进行表征, 通过与具有高介电常数的丙烯碳酸酯(PC)/低粘度的乙腈(AN)匹配组成电解液, 其离子电导率达到商业实际应用的要求(19.6 mS·cm^-1). 对以活性炭(AC)为对称电极的超级电容器的电化学性能测试表明, SiN1IL 基电解液与活性炭有很好的界面相容性, 其高倍率充放电、阻抗性能优于商用四乙基四氟硼酸铵(Et₄NBF₄)/PC 电解液, 在电流密度为1000 mA·g^-1的条件下, 工作电压为2.7 V, 其比电容为108 F·g^-1.     

溶剂热法制备球状Ni3S4及其在超级电容器的应用

应用溶剂热法合成Ni3S4微米球,采用XRD和SEM表征样品物相结构、观察其微观形貌.电化学性能测试表明Ni3S4电极有较好的比电容性能,0.5和4 A.g-1放电电流密度下,其比容量分别为1120.6和433.4 F.g-1;1000周循环充放电后,其容量保持率为89.37%和84.88%.XRD、XPS和CV测试结果表明,其电化学反应机理为Ni(OH)2与NiOOH的相互转化.     

Preparation of hexagonal nanoporous nickel hydroxide film and its application for electrochemical capacitor

Nanoporous nickel hydroxide film has been successfully electrodeposited on titanium substrate from nickel nitrate dissolved in the aqueous domains of the hexagonal lyotropic liquid crystalline phase of Brij 56. Low-angle X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and atomic force microscopy (AFM) studies show that the film has a regular nanostructure consisting of a hexagonal array of cylindrical pores with a repeat center-to-center spacing of about 7 nm. Preliminary electrochemical studies are carried out using cyclic voltammetry (CV) and chronopotentiometry technology. A maximum specific capacitance of 578 F g⁻¹ could be achieved for the nanoporous Ni(OH)₂ film electrode, suggesting its potential application in electrochemical capacitors.     

聚乙撑二氧噻吩/二氧化锰纳米复合物的界面聚合制备及其电化学性能

采用界面聚合法制备聚3,4-乙撑二氧噻吩/二氧化锰(PEDOT/MnO2)纳米复合物. 通过红外(IR)光谱、X射线衍射(XRD)、BET比表面积、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征. 结果表明, 产物是具有丰富的多孔孔道结构的无定型纳米材料, 孔径主要分布在5-25 nm范围内, 比表面积可达98 m2·g-1. 同时用循环伏安(CV)、恒流充放电和交流阻抗(EIS)等电化学测试表明, 在0.5 mol·L-1 Na2SO4溶液中, -0.2 - 0.8 V(vs SCE)的电化学窗口下, PEDOT/MnO2纳米复合物显示出良好的电化学性能, 当电流密度为0.5 A·g-1时, 所制备的PEDOT/MnO2单电极比容量达196.3 F·g-1, 500次循环后样品放电比容量保持90%左右.     

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.     

Co(OH)2/Ni(OH)2复合电极材料制备及其超级电容性质

以Co(NO_3)_2·6H_2O和Ni(NO_3)_2·6H_2O为钴源和镍源,采用溶剂热法一步合成了Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料,通过煅烧该复合材料可得到NiCo_2O_4。采用XRD、SEM、BET等对材料进行了表征,结果表明,Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料是薄片组成的花状形貌,比表面积为37. 48m~2/g。电化学性能测试表明,Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料比NiCo_2O_4具有更高的比电容值和容量保持率。在0. 5A/g的电流密度下,复合材料比电容值可达到1097. 8F/g,而NiCo_2O_4比电容值仅为86. 1F/g。因此,与煅烧后的NiCo_2O_4材料相比,Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料具有更加优良的电化学性能,这为高性能超级电容器材料的制备提供了一个新思路。     

焦粉活性炭/Al-Ni(OH)2复合电极材料的制备及其超级容器性能

以焦粉为原料,用HNO3预处理除灰,采用KOH浸渍-煅烧活化法制备焦粉活性炭(CPAC),通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射等表征其形貌,采用BET测试其比表面积、孔结构及孔径分布。初步考察了活化温度、活化时间等对焦粉活性炭电极材料电化学性能的影响。采用共沉淀法制备CPAC/Al-Ni(OH)2复合电极材料,通过恒电流充放电测试及循环伏安测试表征CPAC/Al-Ni(OH)2复合电极材料的电化学性能。结果表明,当活化温度为800℃、活化时间为3 h制得的焦粉活性炭电极材料的电化学性能最佳,比电容达到211 F/g。CPAC-800℃-3 h/Al-Ni(OH)2复合电极材料随Al掺杂量的增大呈现先增大后减小的趋势。在固定Al质量掺杂量为4%,炭镍质量比为1∶1时所得复合材料的比电容量最大:1173.6 F/g。恒电流充放电及循环伏安测试表明Al掺杂量为4%、炭镍比为1∶1的复合材料具有较好的电化学性能。     

电化学阴极沉积制备氧化镍/碳纳米管复合电极的准电容特性

A novel type of composite electrode based on multiwalled carbon nanotubes coated with nano nickel oxide particles has been used in supercapacitors. Nickel oxide cathodically deposited from Ni(NO3)2 solution with carbon nanotubes as the matrix exhibited large pseudocapacitance of 25F/g in 6 mol/L KOH. The morphology of composites was examined by scanning electron microscope (SEM). To characterize the CNTs/nickel oxide composite electrode, a charge discharge cycling test for measuring specific capacitance, cyclic voltammetry, and ac impedance test is executed. The nickel oxide composite exhibiting excellent pseudocapacitive behavior(i.e.high reversibility, high specific capacitance, and low self discharge rate) has been demonstrated to be a potential candidate for the application of electrochemical supercapacitors.     

网孔状NiO电极制备及其电容特性

以硫酸镍和尿素作原料,六偏磷酸钠为表面活性剂,由水热法制备前驱体,经400℃煅烧即得网孔状结构的NiO.XRD、SEM和恒流充放电分析测试样品的相结构、微观形貌和电容特性,考察不同水热温度对合成产物电化学性能的影响.结果表明：当镍与尿素摩尔比为1∶4时,由140℃水热合成前驱体,经400℃煅烧得到的氧化镍性能较好.在2...     

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.