Sn-Sb合金的氢电弧等离子体法制备及其电化学性能

采用氢电弧等离子体方法成功地合成了锡锑合金纳米颗粒, 通过TEM、XRD、恒电流充放电测试等手段研究了其形态、结构及电化学行为. 结果表明: 锡锑合金纳米颗粒为球形形貌, 颗粒平均直径为138 nm, 由Sn和SnSb两相组成；经电化学性能测试, 该锡锑纳米颗粒首次嵌锂容量高达930 mAh•g−1, 可逆容量为701 mAh•g−1, 20次循环后容量仍为566 mAh•g−1, 容量保持率为81％. 用氢电弧等离子体方法制备的Sn-Sb合金纳米材料是有希望的锂离子电池负极材料.     

硫酸溶液中电化学改性石墨电极对Fe3+/Fe2+的电催化性能与准电容特性

通过循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗谱(EIS)等测试方法,研究了电化学改性石墨电极对硫酸溶液中Fe3+/Fe2+的电催化性能与准电容特性.结果表明:由于电化学改性石墨电极表面存在大量的含氧活性官能团,使其对Fe3+/Fe2+的氧化还原反应具有极高的电催化性能,并具有可逆反应过程特征.在含有0.5mo·lL-1Fe3++0.5mo·lL-1Fe2+的2.0mo·lL-1H2SO4溶液中,其表观面积比电容是不含铁离子硫酸溶液的1.808倍,达到2.157F·cm-2;同时,铁离子浓度的增大也能够进一步提高其电容量.Fe3+/Fe2+电对的加入增加了充放电时间,有效提高了电化学电容器(EC)的电容存储容量和高功率特性.电化学阻抗谱测试同样证实体系具有明显的电容特性.因此,可以利用电化学改性石墨电极表面的含氧活性官能团和溶液中Fe3+/Fe2+的氧化还原特性来共同储存和释放能量.     

FeSb2纳米棒的溶剂热合成与电化学脱嵌锂性能

用溶剂热法合成了作为一种新型锂离子电池负极材料的FeSb2纳米棒. 高分辨透射电镜(HRTEM)观察表明, FeSb2纳米棒的直径为20～40 nm, 长度为0.2～1.0 μm. 恒流充放电测试和循环伏安测试显示, FeSb2纳米棒首次可逆容量达到543 mAh•g−1, 经过10次循环后, 可逆容量保持在353 mAh•g−1. 虽然首次库仑效率仅为64%, 但仍明显优于FeSb2纳米颗粒, 并在10次循环后基本稳定在90%. FeSb2纳米棒在循环过程中仍可能发生粉化和破裂, 导致电极逐渐失效.     

炭化温度对烟杆基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以烟杆为原料, 氢氧化钾为活化剂, 通过调节炭化温度(500～800 ℃温度范围)在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料. N₂吸附测试表明随着炭化温度降低, 活性炭的比表面积和总孔容先增大后减小, 中孔比表面积和平均孔径却一直增大. 其中600 ℃炭化样品经KOH活化后可制得比表面积为3333 m²•g^－1, 总孔容为2.47 cm³• g^－1, 中孔孔容达2.11 cm³•g^－1的高中孔率高比表面积活性炭材料. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: 炭化温度不同的烟杆基活性炭电极均表现出良好的功率特性, 充放电流增大50倍, 容量保持率均在80%左右, 其中TS-AC-600活性炭电极在有机电解液中1 mA•cm^－2充放电时, 比电容达到190 F•g^－1. 较高的中孔率和较大的平均孔径使得烟杆基活性炭电极具有良好的高倍率充放电性能.     

含二茂铁离子液体电容器的电化学性能

对以含二茂铁(ferrocene, Fc)离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(1-ethyl-3-methylimidazolium tetra-fluoroborate, [BMIm]BF4)作为电解液, 高比表面积的多孔炭作为电极材料构成的电容器的电化学行为进行了探讨. 循环伏安和恒流充放电测试结果表明,含二茂铁离子液体在多孔炭中发生氧化还原反应, 并且该氧化还原反应是扩散控制, 高度可逆的过程. 0.01 mol·L-1 [BMIm]BF4/Fc在电流密度为1 mA·cm-2时的平均比电容为163 F·g-1, 比纯[BMIm]BF4的比电容高63%. 平均比电容的增加表明由Fc参与的氧化还原反应生成的法拉第电容对电容器的总电容有很大的贡献. 同时, 以0.01 mol·L-1 [BMIm]BF4/Fc作电解液的电容器的功率密度为400 W·kg-1, 能量密度高达37.5 Wh·kg-1, 达到了电池的水平.     

高功率超级电容器用介孔炭电极材料

以纳米CaCO3为模板、蔗糖为前躯体制备超级电容器用介孔炭电极材料.材料的结构由氮吸附、TEM表征,借助恒流充放电、循环伏安和交流阻抗评价了其在6 mol.L-1KOH电解液中的电化学电容性能.结果表明,蔗糖基介孔炭的比表面积606 m2/g,富含10~30 nm的介孔.恒流放电法测得介孔炭在电流密度50 mA/g下的比电容为125 F/g,大电流倍率性能特别突出.电流密度增大到20 000 mA/g,比电容还保持有88F/g,远高于进口电容炭,该介孔炭是一种很有前景的高功率超级电容器炭电极材料.     

磷酸铁锂在饱和硝酸锂溶液中的电极过程动力学

利用循环伏安法(CV)、充放电测试和恒电位间隙滴定技术(PITT)研究了LiFePO4在饱和LiNO3溶液中的电极过程动力学. 研究结果表明, LiFePO4在饱和LiNO3溶液中具有良好的电化学可逆性, 其首次放电比容量达116.2 mAh•g−1, 首次充放电效率达92%. CV法估算出氧化峰和还原峰处锂离子在LiFePO4中的扩散系数分别为4.3×10−11和3.8×10−11 cm2•s−1. 采用PITT测定出锂离子在LiFePO4中的扩散系数随电位的变化规律, 其在充电平台附近达到最小值5.5×10−11 cm2•s−1.     

碳纳米管在室温熔盐中的电容特性

研究了碳纳米管在室温熔盐二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂(LiTFSI)-乙酰胺中的电容特性. 将碳纳米管制成薄膜电极, 以LiTFSI-乙酰胺为电解液, 装配成模拟电容器, 用循环伏安和恒流充放电法研究其电化学性能. 结果表明, 碳纳米管在室温熔盐中表现出典型的电容特性, 其比电容为22 F•g^-1, 模拟电容器的工作电压可达2.0 V, 具有非常好的循环性能, 循环充放电1000次后容量损失仅10%, 表明室温熔盐是超级电容器非常有前景的新型电解液.     

纳米MnO2超级电容器的研究

用固相合成法制备纳米MnO2，作为超级电容器材料，通过循环伏安、交流阻抗与恒电流充放电等测试手段对MnO2电极进行分析.结果表明,以1 mol•L－1 KOH为电解液， MnO2电极在－0.1～0.6 V(vs. Hg/HgO)的电压范围内具有良好的法拉第电容性能.在不同电流密度下，电极比容量达240.25到325.21 F•g－1.恒电流充放电5000次后，电极容量衰减不超过10％.     

新型三维网状锡-钴合金负极材料的结构与性能

应用电沉积技术制备了三维网状结构的Sn-Co合金负极材料, 采用XRD、SEM和电化学方法考察了该负极材料的结构和性能. XRD分析表明, 该三维网状结构的Sn-Co合金镀层为六方固溶体结构. 其电化学性能测试表明: 三维网状结构Sn-Co合金微晶电极的性能稳定, 其首次放电容量高达493.4 mAh•g−1, 首次库仑效率达80.03％, 而平面结构Sn-Co合金电极的首次库仑效率为63.47％. 经50周充放电循环后, 三维网状结构Sn-Co合金电极的放电容量为329.6 mAh•g−1, 放电容量保持率为66.8％；SEM分析表明: 三维网状Sn-Co合金电极表面是由大小不一、高低不同的“岛”紧密排列在一起；“岛”和多孔结构的存在, 缓冲了锂嵌入时体积的膨胀, 部分抑制了材料结构的变化, 减缓了电极容量的衰减, 改善了电极的循环性能.     

Pt纳米粒子修饰的多孔硅电极的制备及其电催化性能

通过循环伏安法电沉积使直径约为7 nm的Pt纳米粒子均匀地分散于多孔硅表面, 拟用作微型质子交换膜燃料电池的催化电极. 与刷涂法相比较, 电沉积Pt纳米粒子的多孔硅电极(Pt/Si)呈现出高的Pt利用率和增强的电催化活性. 当Pt载量为0.38 mg•cm−2时, 其电化学活性比表面积高达148 cm2•mg−1, 是刷涂相近质量的纳米Pt/C催化剂的多孔硅电极Pt-C/Si的2倍多；该修饰电极对甲醇氧化也呈现了增强的催化性能和好的稳定性, 在0.5 V(vs SCE)极化1 h后电流密度为4.52 mA•cm−2, 而刷涂了相近Pt量的Pt-C/Si电极的电流密度只有0.36 mA•cm−2.     

纳米纤维聚苯胺在电化学电容器中的应用

采用脉冲电流方法（PGM）合成了具有纳米纤维结构的导电聚苯胺（PANI）.扫描电子显微镜对膜层观察表明, PANI膜是由直径约为100 nm的掺杂态聚苯胺纤维交织而成.以纳米纤维状聚苯胺组成电化学电容器,研究了其电化学电容性能,并与恒电流方法（GM） 制备的颗粒状PANI电容器性能进行了比较.结果表明,在相同的沉积电量下,PGM制备的纳米纤维状PANI电化学电容器比颗粒状PANI电化学电容器具有更大的电容容量,其电化学电容器的比电容可高达699 F•g－1,能量密度为54.6 Wh•kg－1.并且该电化学电容器具有良好的充放电性能和循环寿命.     

Na_(0.44)MnO_2在碱性溶液中的电化学机制

Na_(0.44)MnO_2具有原料丰富、合成简单、无毒环境友好、结构稳定性高等优势,适合作为水溶液钠离子电池的正极材料。Na_(0.44)MnO_2在中性水溶液中的比容量较低(30–40m Ah·g~(-1)),而采用碱性电解液可大大提高Na_(0.44)MnO_2的可逆比容量(80 m Ah·g~(-1))。当我们扩宽碱性电池的充放电窗口(1.95–0.3V)时,在1.0V(vsZn/Zn~(2+))附近出现一个宽的放电平台,且首周放电比容量高达275 m Ah·g~(-1),远远超出其理论嵌钠容量(121 m Ah·g~(-1))。本文我们通过对不同放电深度下的电极进行X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)表征,研究其超额容量的放电机理。结果表明1.0 V以下的低电位放电过程可分为两个阶段:第一阶段为H+在隧道结构中的嵌入,此时隧道结构保持不变,放电曲线上表现为平台区;第二阶段为过量H+的嵌入引起隧道结构破坏,同时伴随着Mn(OH)_2相的生成和Na+从结构中释放出来,放电曲线上表现为斜坡区。这一研究结果表明Na_(0.44)MnO_2在碱液中的可逆性与下限电位紧密相关,高稳定的Na_(0.44)MnO_2材料需要避免H+的嵌入。     

五种1-烷基-2,3-二甲基咪唑型离子液体的合成及作为Li/LiFeO_4电池电解液的研究

合成了五种新的1-烷基-2,3-二甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺离子液体(alkyl-DMimTFSI).以离子液体作为Li/LiFeO4电池电解液,分别考察不同烷基(正丁基、正戊基、正辛基、异辛基和正癸基)对电解液理化性质、界面性质和电池行为的影响.结果表明离子液体的电化学窗口都可以达到5.6V(-0.4～5.2Vvs.Li+/Li),显示它们具有较好的电化学稳定性.加入碳酸亚乙烯酯作为添加剂后,离子液体电解液在Li负极形成稳定的固体电解质相界面膜(SEI),从而提高了Li负极的稳定性,保护了Li片不受腐蚀.电化学阻抗和循环伏安分析进一步揭示LiFeO4正极与离子液体电解液也有良好的兼容性.此外,研究还表明离子液体中烷基种类严重影响它们的电池行为.采用butyl-DMimTFSI和amyl-DMimTFSI电解液体系的电池充放电容量和可逆性明显优于另外三种离子液体,它们的首次放电容量分别达到145和152.6mAh/g,并表现出良好的充放电循环性能.因粘度最大,采用isooctyl-DMimTFSI电解液的电池首次放电容量仅为8.3mAh/g,但添加碳酸丙烯酯(质量比1∶1)稀释后首次放电容量上升至132.4mAh/g.     

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.