水热合成制备Al掺杂α-MnO2纳米管及其超级电容器电化学性能

通过水热法制备了未掺杂α-MnO₂和Al 掺杂α-MnO₂, 对产物的形貌、结构和电化学性能进行了研究. 扫描电镜(SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)观察表明制备产物呈纳米管形态. 紫外-可见光谱分析计算了产物的能带间隙: 随着Al 的掺杂, α-MnO₂的能带间隙值降低. 以未掺杂α-MnO₂与Al 掺杂α-MnO₂作为电极材料, 通过循环伏安(CV)和恒流充放电测试电极的超级电容器性能. 在50 mA·g^-1电流密度下, 未掺杂α-MnO₂与Al 掺杂α-MnO₂电极的比电容分别达到了204.8 和228.8 F·g^-1. 电化学阻抗谱(EIS)分析表明Al 的掺杂降低了α-MnO₂在电解液中的阻抗, 有利于提高其电化学比电容. 增强的比电容及在1000个循环后仍具有良好的容量保持率,使Al 掺杂α-MnO₂在超级电容器中具有较好的应用前景.     

纳米CoFe2O4/GNS负极制备及其电化学性能研究

采用溶剂热法一步合成纳米尺寸CoFe₂O₄/GNS复合材料（直径约为15 nm）,其颗粒尺寸均一,且均匀分散于石墨烯表面. 电化学测试结果表明,该复合物电极具有良好的循环和倍率性能,500 mA·g^-1电流密度下100周期循环比容量稳定在709 mAh·g^-1, 容量保持率高达95.8%;2 A·g^-1电流密度,其比容量仍高达482 mAh·g^-1.     

锂离子正极材料LiCo1-xMgxMnO4与LiCo1-xAlxMnO4 (x = 0, 0.02, 0.05, 0.1)的制备及其电化学性能

采用固相法合成掺杂镁和铝尖晶石LiCoMnO₄材料,研究镁和铝掺杂量对尖晶石LiCoMnO₄电极的初始容量、放电平台以及循环性能的影响. 利用扫描电子显微镜、粉末X-射线衍射仪观察分析材料形貌及结构. 结果表明,所合成材料的粒径分布均匀,结晶性较佳. LiCoMnO₄电极初始容量为87.0 mAh.g^-1,少量镁或铝掺杂使电极初始容量有所增加,LiCo_0.98Mg_0.02MnO₄和LiCo_0.98Al_0.02MnO₄电极初始容量分别为91.3和93.6 mAh.g^-1,提高了其5 V放电平台的比例,过量掺杂则其容量降低. 此外,掺杂Al显著改善了LiCoMnO₄电极的循环性能,而掺杂镁对电极的循环性能其影响不明显.     

碳包覆纳米SnO2中空纤维的制备及电容性能

采用同轴静电纺丝法制备了碳包覆纳米SnO₂中空纤维超级电容器电极材料.利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和比表面积分析仪(BET)对材料进行表征.结果表明,纤维呈现中空形貌,平均直径为1 μm; SnO₂颗粒均匀分布于碳壳结构中,平均粒径为3-15 nm.材料的比表面积为565 m²·g^-1.在三电极体系中,当电流密度为0.25 A·g^-1时,电极材料的比容量达397.5 F·g^-1;在1.0A·g^-1电流密度下,充放电循环3000次后比容量仍保持为初始值的88%.在对称型双电极体系中,电流密度为0.25 A·g^-1时,电极材料的比容量达162.0 F·g^-1,在1.0 A·g^-1电流密度下,充放电循环3000次后比容量仍保持为初始值的84%.     

四种晶型MnO2超级电容器电极材料的电化学性能研究

用尽量简便的方法制备出δ、α、β及γ型4种MnO₂粉末. 通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FSEM）、热重分析（TGA）与比表面积测试（BET）等方法对样品粉末性质进行分析,并对4种不同粉末制成的电极进行循环伏安、恒流充放电及稳定性测试. 结果表明,4种MnO₂都具有良好的电容特性,其中α-MnO₂具有最高的比表面积与孔隙率,故其电极比容量最高,但其大电流放电时的倍率特性较差. 其余3种MnO₂比表面积相当,而β-MnO₂虽然比容量较低,但其简单的孔隙结构使其拥有最好的倍率特性与稳定性.     

还原氧化石墨烯/TiO2复合材料在钠离子电池中的电化学性能

二氧化钛(TiO₂)作为有前景的钠离子电池负极材料, 具有良好的循环稳定性, 但由于其导电率较低, 而导致容量和倍率性能不佳限制了其实际应用. 本文采用喷雾干燥技术制备了氧化石墨烯/纳米TiO₂复合材料(GO/TiO₂), 通过热处理获得还原氧化石墨烯/TiO₂复合材料(RGO/TiO₂). 电化学测试结果表明, 还原氧化石墨烯改性的RGO/TiO₂复合材料的电化学性能得到显著提升, RGO含量为4.0%(w)的RGO/TiO₂复合材料在各种电流密度下的可逆容量分别为183.7 mAh·g^-1 (20 mA·g^-1), 153.7 mAh·g^-1 (100 mA·g^-1)和114.4 mAh·g^-1 (600mA·g^-1), 而纯TiO₂的比容量仅为93.6 mAh·g^-1 (20 mA·g^-1), 69.6 mAh·g^-1 (100 mA·g^-1)和26.5 mAh·g^-1 (600mA·g^-1). 4.0%(w) RGO/TiO₂复合材料体现了良好的循环稳定性, 在100 mA·g^-1电流密度下充放电循环350个周期后, 比容量仍然保持146.7 mAh·g^-1. 同等条件下, 纯TiO₂电极比容量只有68.8 mAh·g^-1. RGO包覆改性极大提高了TiO₂在钠离子电池中的电化学嵌钠/脱钠性能. RGO包覆改性技术在改进钠离子电池材料性能中将有很好的应用前景.     

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.     

Ag-TiO2-MnO2复合材料的制备与电化学性能研究

采用高温固相法制备了Ag-TiO₂共修饰的二氧化锰锂电池阴极材料,通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）、能量散射X射线能谱（EDS）、循环伏安测试（CV）、恒流放电测试、交流阻抗测试（EIS）等分别检测了所制备样品的物理-化学特性及相应的电化学性能特征.结果表明：空白二氧化锰与修饰后二氧化锰均为β 晶型,相比于未修饰样品,Ag-TiO₂-MnO₂ 样品的形貌得到了明显的改变.修饰后样品大倍率的放电比容量显著提升,1C 下的容量由 75mAh·g^-1 增加到 115mAh·g^-1,Ag-TiO₂-MnO₂ 样品 Mn-O 键能的增强对于抑制放电过程中体积膨胀也有一定作用,可以使二氧化锰材料保持较好的结构稳定性.     

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.     

三维多孔集流体改善NiO电极的储锂特性

三维多孔金属不仅可容纳电极在储锂过程中的体积变化,且为锂离子提供快速传输通道,因此被广泛用做锂离子电池集流体,以提升其循环稳定性和高倍率容量.NiO作为锂离子电池负极具有高理论比容量而备受关注,但其电子导电性差和充放电过程中的巨大体积变化造成其循环寿命短和高倍率容量低.此外,NiO首次放电（嵌锂）产物Ni⁰和Li₂O不能在充电（脱锂）过程中完全反应造成首次不可逆容量大,阻碍了其商业化应用.本工作采用简单、易规模化的化学镀法制备出具有三维贯穿孔的多孔铜（孔径≈5 μm）,并在其孔壁电沉积获得NiO@三维多孔铜电极.由于三维多孔铜集流体可容纳NiO储锂过程中的体积变化;为锂离子提供快速传输通道,同时其高比表面积增大了Ni⁰和Li₂O的反应活性点,因此该电极显示出优异的高倍率容量和高首次库伦效率.该电极在200 mA·g^-1电流密度下,首次放电（嵌锂）和充电（脱锂）容量分别为1522.3和1230.2 mAh·g^-1,首次库伦效率达到80.8%;在高电流密度20 A·g^-1下显示578.1 mAh·g^-1容量.以NiO@三维多孔铜为负极,LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂为正极组装成全电池,首次充电和放电容量分别为1514和1060 mAh·g^-1（基于NiO电极,电流密度0.2 A·g^-1）,首次库伦效率为70%;1.0 A·g^-1电流密度下,首次放电比容量为873 mAh·g^-1,100次循环后保持709 mAh·g^-1,保持率为81%;10 A·g^-1电流密度下容量保持530.6 mAh·g^-1.该工作将为过渡金属氧化物储锂性能提升提供新途径.     

二氧化锰/石墨烯纸电极的制备及其电化学性能

通过电化学法使溶液中的Mn²⁺电解氧化为MnO₂,沉积复合在石墨烯片膜上,形成由MnO₂/石墨烯复合材料构成的纸电极。 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒流放电等技术手段对纸电极材料的结构、形貌以及电化学性能进行了研究。 结果表明,MnO₂球形颗粒均匀地沉积在石墨烯片膜上,形成了厚度45 μm的纸电极,经过380 ℃煅烧后,纸电极中的MnO₂晶型由γ-MnO₂转化为β/γ-MnO₂混合晶型,是良好的柔性Li/MnO₂电池的电极材料。 MnO₂/石墨烯纸电极在室温下0.1C放电容量达269 mA·h/g,而且电化学阻抗低、柔韧性好。     

柔性复合织物电极Graphene/Cotton和MnO2/Graphene/Cotton的合成及在电化学电容器中的应用

通过热还原法成功地制备出了柔性复合织物电极石墨烯/棉布(graphene/cotton)。热还原条件对电极的导电性能具有较大的影响。导电柔性织物电极graphene/cotton特有的多级结构使其既有利于进一步负载膺电容材料,又有利于电子和电解质离子的传输与扩散。通过电化学沉积方法,利用导电柔性织物电极graphene/cotton进一步制备出了电极MnO₂/graphene/cotton。利用扫描电子显微镜(SEM),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,四探针测试法等表征技术对电极的结构进行了较为详细的表征。结果表明电极MnO₂/graphene/cotton的比电容可以达到536 F·g^-1。良好的电化学性能和柔性使得此类电极在柔性储能材料应用中具有极大的应用前景。     

无模板剂合成用于超级电容器的二氧化锰/石墨烯复合材料(英文)

以尿素、四水合氯化锰和氧化石墨烯为原料,采用水热法并通过热分解制备了一种具有石墨烯包覆结构的石墨烯-二氧化锰复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、比表面积(BET)、拉曼光谱和热失重等技术对其形貌、晶体结构及表面结构进行了表征;在三电极条件下利用循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法测试了材料的电化学性能,并考察了不同石墨烯含量对材料比电容的影响.结果表明,在不添加模板剂的条件下制备的复合材料中二氧化锰是具有介孔结构的α-MnO2,当复合15%(质量分数)的石墨烯后材料的比表面积从109 m2·g-1提高到168 m2·g-1.复合材料具有更好的电化学性能,在0.2 A·g-1电流密度下复合材料的比电容达到最大值(454 F·g-1),远高于纯二氧化锰的值(294 F·g-1).在2 A·g-1的电流密度下恒流充放电2000次后复合材料的比电容保持率为92%.     

One-step synthesis of MnO2 doped poly(aniline-co-o-aminophenol) and the capacitive behaviors of the conducting copolymer

MnO2 was doped into a conducting copolymer, poly(aniline-co-o-aminophenol)(PANOA), via a one-step process during the chemical oxidative polymerization. The doping of MnO2 could enhance the electrochemical activity and reversibility of the copolymer. When used as the electrode materials of a supercapacitor, the capacitive behaviors of the as-prepared PANOA–MnO2 were superior to those of pure PANOA, especially at high potential scan rate and high charge–discharge current density. The MnO2 doped copolymer also had an excellent cyclic performance.     

Synthesis of MnO2/N-doped ultramicroporous carbon nanospheres for high-performance supercapacitor electrodes

We demonstrate a simple and highly efficient strategy to synthesize MnO₂/nitrogen-doped ultramicroporous carbon nanospheres (MnO₂/N-UCNs) for supercapacitor application. MnO₂/N-UCNs were fabricated via a template-free polymerization of resorcinol/formaldehyde on the surface of phloroglucinol/terephthalaldehyde colloids in the presence of hexamethylenetetramine, followed by carbonization and then a redox reaction between carbons and KMnO₄. As-prepared MnO₂/N-UCNs exhibits regular ultramicropores, high surface area, nitrogen heteroatom, and high content of MnO₂. A typical MnO₂/N-UCNs with 57 wt.% MnO₂ doping content (denoted as MnO₂(57%)/N-UCNs) makes the most use of the synergistic effect between carbons and metal oxides. MnO₂(57%)/N-UCNs as a supercapacitor electrode exhibits excellent electrochemical performance such as a high specific capacitance (401 F/g at 1.0 A/g) and excellent charge/discharge stability (86.3% of the initial capacitance after 10,000 cycles at 2.0 A/g) in 1.0 mol/L Na₂SO₄ electrolyte. The well-designed and high-performance MnO₂/N-UCNs highlight the great potential for advanced supercapacitor applications.     

掺稀土的LiM0.02Mn1.98O4锂离子电池正极材料

自1991年Ohzuku[1] 、 Tarascon[2]等成功地将LiMn2O4用于锂离子电池正极以来, 人们对尖晶石LiMn2O4的电化学性质进行了广泛的研究[3]. 尖晶石LiMn2O4的一个缺点是充放电过程中, 特别在较高温度(如50 ℃)下, 其容量下降明显. Zhou等[4]详细研究了该过程, 发现造成容量下降的主要原因是充电状况下正极LiMn2O4的溶解, 由于Jahn-Taller效应生成不稳定的两相结构以及电解液的分解等. 为了提高LiMn2O4的充放电循环稳定性, 人们除了优化合成条件和溶液组分外, 主要采用添加少量掺杂元素(M), 部分替代LiMn2O4中的Mn, 制得LiMxMn2-xO4, 以抑制溶解和Jahn-Taller效应引起的结构变化.     

碱性介质中制备纳米四氧化三锰及其超级电容特性

比较了不同碱溶液中纳米Mn₃O₄的制备及其超级电容性能。用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜和原子力显微镜等技术手段分别测试了晶体结构和表面形貌。用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试了材料的电化学性能。结果表明,在氢氧化钠、氨水中Mn²⁺沉淀氧化可以直接制备纳米Mn₃O₄;碳酸钠中先生成MnCO₃,加氢氧化钠可转化为纳米Mn₃O₄。NaOH、NH₃和Na₂CO₃ 3种介质中制备的Mn₃O₄晶粒尺寸分别为29.5、20.2和36.3 nm。纳米Mn₃O₄经连续充放电循环后可活化为Birnessite-type MnO₂。氨水中制备的Mn₃O₄活化后比容量最大,达到239 F/g,是一种具有应用前景的超级电容器材料。     

电沉积制备MnO2催化剂及其在微生物燃料电池中的应用

通过电沉积的方法获得了一种具有均匀孔隙结构的海绵状二氧化锰催化剂,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了所制备材料的表面形貌、结构及元素构成和赋存价态,采用线性伏安扫描(LSV)法对电沉积材料的电化学性能进行分析,考察其催化氧还原反应的活性,最后以合成的材料为阴极催化剂,构建微生物燃料电池系统,考察其在微生物燃料电池中的应用效果。结果表明,以电沉积二氧化锰为阴极催化剂的微生物燃料电池最大功率密度为975.6 mW/m~2,是以商业二氧化锰为阴极催化剂的电池的1.7倍;这表明作为一种经济、高效、环境友好的阴极氧还原催化剂,电沉积法制备的二氧化锰为实现阴极催化剂的低成本制备以及微生物燃料电池放大化推进提供了新的研究途径。     

MnO2/H-TiO2纳米异质阵列的调控制备及超电容特性

采用目标调控的阳极氧化工艺制备了超大比表面、管与管相互分离的有序TiO₂纳米管阵列（TiO₂ NTAs）基体,进而分别采用电化学氢化法和循环浸渍沉积法对晶化退火后的TiO₂ NTAs实施电化学氢化和高比电容MnO₂沉积的双重功能化改性,调控构筑了一种新型MnO₂/H-TiO₂纳米异质阵列电极材料。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨透射电子显微镜（TRTEM）、X射线衍射仪（XRD）、X光电子能谱仪（XPS）、拉曼光谱（Raman）和电化学工作站等对样品进行综合表征与超电容特性测试,结果表明：电化学氢化改性有效提高了H-TiO₂ NTAs的导电性和电化学特性,当电流密度为0.2 mA·cm^-2时H-TiO₂ NTAs的面积电容达到7.5 mF·cm^-2,是相同电流密度下TiO₂ NTAs的75倍;经过2个浸渍循环所获得的MnO₂/H-TiO₂ NTAs-2样品在电流密度为3 mA·mg^-1时比电容可达481.26 F·g^-1,电流密度为5 mA·mg^-1时循环充放电1000圈后比电容仅下降约11%。