一种新型氧化还原电解液电化学电容器体系

以含有Fe3+/Fe2+离子对的H2SO4溶液为电解液, 以多孔炭做电极材料, 就Fe3+/Fe2+离子对在多孔炭纳米孔隙中的电化学行为及准电容效应进行了探讨. 循环伏安测试结果表明, Fe3+/Fe2+离子对在多孔炭电极纳米孔隙中发生了可逆的电化学反应. 恒流充放电结果发现, 加入Fe3+/Fe2+使得充放曲线出现对称的充放电平台, 有效地提高了电化学电容器(EC)的电能存储容量, 其单电极比电容最高达174 mAh•g−1, 比单纯的H2SO4电解液的比电容高109 mAh•g−1, 且有着良好的循环稳定性. 根据实验现象及结果, 探讨了Fe3+/Fe2+离子对在EC电极上的充放电机理, 并提出了一种新的概念——氧化还原电解液电化学电容器.     

基于聚多巴胺的氮掺杂碳材料的制备及其电化学性能

多孔碳材料由于高的比表面积、优异的电子传导率、良好的化学稳定性等优点在超级电容器电极材料领域被广泛研究。 碳材料的组成及表面孔结构直接影响其电化学性能,为进一步提高碳材料的电容性能,本文首次以聚多巴胺球为前体,KOH为活化剂,通过高温碳化成功制备了良好电化学性能的氮掺杂多孔碳材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱等对所制备的氮掺杂多孔碳材料进行了形貌及结构组成的表征。 在6 mol/L KOH电解液中, 采用循环伏安、恒电流充放电对多孔碳材料的电化学性能进行了研究。 结果表明,由于双电层电容和赝电容的协同作用,在电流密度为1 A/g时,材料的比电容可达269 F/g,充放电循环1000圈后电容仍可保留初始值的93.5%。     

V_2O_5/C电化学电容器有机电解液的性能研究

以偏钒酸铵为反应原料,采用液相沉淀法制备出不定型V2O5电极材料.以V2O5为正极,石墨为负极,分别选用1.0 mol/L LiClO4/EC+DMC、1.0 mol/L LiPF6/EC+DEC+DMC、1.6 mol/L Et4NBF4/AN 3种有机电解液组成不对称电化学电容器,恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等测试该模拟电容器,如以1.0 mol/LLiClO4/EC+DMC作电解液则具有良好的循环性能和较小的阻抗,且在500 mA/g电流密度下比能量达到8.4Wh/kg,充放电效率达98%.     

二氟草酸硼酸钠作为电解液添加剂对石墨负极性能的影响

锂离子电池日益广泛的应用对其性能提出越来越高的要求,而在电解液中加入适当的添加剂能够显著提升电极材料的电化学性能. 本文首次在1 mol·L^-1 LiPF₆/EC + DMC + EMC（体积比1:1:1）的电解液中添加一定量的二氟草酸硼酸钠(NaDFOB),并通过循环伏安（CV）、电化学阻抗图谱（EIS）和扫描电子显微镜（SEM）等分析考察了其对石墨负极材料性能的具体影响. 结果显示,添加NaDFOB的电解液显著提高了石墨材料在常温下的可逆充放电容量和循环性能,同时明显改善了石墨材料的高温循环性能. 其机理在于NaDFOB的阴阳离子同时参与了石墨表面固体电解质界面膜（SEI）的形成,形成高稳定性的电解液/电极界面.     

氧化钌/活性炭超电容器复合电极的电化学行为

电化学超电容器作为一种新一代储能系统具有广泛的应用领域. 直流充放电、循环伏安以及交流阻抗等实验显示了本文制备的活性碳材料以及复合电极材料具有良好的电化学性能.活性碳材料的质量比容量为172 F•g－1,采用无定形RuO2与上述活性碳复合制成的新型电极材料具有359 F•g－1以上的比容量和良好的功率特性，并对上述材料的双电层电容和法拉第准电容等电化学特性进行了详细的讨论.     

碳纳米管/聚苯胺/石墨烯复合纳米碳纸及其电化学电容行为

通过真空抽滤的方法制备碳纳米管纸,并对其进行循环伏安电化学氧化处理.以该电化学氧化处理的碳纳米管(CV-CNT)纸为基体,采用电化学聚合沉积聚苯胺(PANI),随后吸附石墨烯(GR),制备具有三明治夹心结构的碳纳米管/聚苯胺/石墨烯(CV-CNT/PANI/GR)复合纳米碳纸.该结构外层为GR,内层由PANI包裹的CNT形成网络骨架,充分发挥三者各自优势构建柔性电极材料.用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱对其形貌与结构进行表征,并测试其电化学性能.研究发现:PANI呈纳米晶须状,并均匀包裹在CV-CNT表面;该复合碳纸具有良好的电容特性、大电流充放电特性以及良好的循环稳定性能.电流密度为0.5A·g-1时,比电容可达415F·g-1;20A·g-1时仍能保持106F·g-1的比电容.由于GR的保护作用,1000次循环之后较CV-CNT/PANI保持更高的有效比电容.该CV-CNT/PANI/GR复合碳纸展现出在高性能超级电容器柔性电极材料的潜在应用价值.     

MnO_2/C复合材料的电化学电容特性研究

应用乙炔黑直接还原高锰酸钾制备MnO2/C复合材料.样品结构及性能由XRD和SEM表征.研究了MnO2/C电极(正极)在不同电解液中的法拉第"准电容行为",及其循环伏安、交流阻抗与恒电流充放电等性能.实验表明,MnO2/C复合材料具有良好的电化学电容特性.在1 mol/L的KOH电解液中和电流密度为5 mA/cm2下,MnO2/C复合材料的比电容量可达258 F/g,并表现出良好的循环性能.     

壳聚糖制备多孔炭及其在电化学超级电容器中的应用(英文)

以壳聚糖为原料在 600、700、800和900℃直接炭化制备多孔炭 C-600,C-700, C-800 和C-900,其BET比表面积分别为278、461、515和625 m2·g-1.用恒流充放电和循环伏安法表征了其电化学性能. 结果表明, 由 C-800 制备电极的循环伏安图形更接近矩形, 在恒电流充放电实验中阴极和阳极过程基本对称, 说明该电极具有较好的电容性能.在 50 mA·g-1 的电流密度下,C-600、C-700、C-800和C-900的电容分别为96、120、154 和 28 F·g-1.由 C-800 制备电极的循环充放电稳定性好, 电流密度为1 A·g-1循环1000次后电容损失小于2%,说明壳聚糖制备多孔碳具有作为超级电容器电极材料的潜在价值. 同时还考察了不同浓度的电解液对C-800电化学性质的影响,发现在KOH浓度为 30%时的电容最大.依据实验结果,对多孔炭制备及其电化学性质间的关系进行了探讨.     

1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐作为电化学双电层电容器电解液的电化学性能

应用循环伏安法和直流恒流充放电研究了以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐([EMIm]CF3COO)和高比表面活性炭电极构成的电化学双电层电容器的电化学性能.实验表明,[EMIm]CF3COO具有高的比电容、良好的循环特性以及高的充放电效率.在离子液体稳定的电化学窗口内,比电容随电化学窗口的增加而增大.能量密度随电流和电化学窗口的增加逐渐提高,功率密度随电流的增加而减小、随电化学窗口的增加而增加,是一种优良的电化学双电层电解液.     

静电纺氧化锰复合碳纳米纤维柔性膜的电化学性能

采用一步法静电纺丝技术制备了具有超亲水特性的氧化锰/碳纳米纤维(MnO_x/CNFs)复合柔性膜电极材料,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等对复合材料进行了表征.电化学性能测试结果表明,复合材料的电容性能优于单一材料,醋酸锰质量分数为40%时制得的复合纳米纤维电极(MC-4)在1 A/g电流密度下,于2 mol/L KOH电解液中的比电容高达1112.5 F/g,10 A/g电流密度下循环3000次比容量保持在93.4%,具有很好的稳定性.MnO_x/CNFs复合材料电化学性能增强一方面是由于三维超亲水纤维膜结构有利于电解液的快速浸润渗透,从而极大缩短了传输到材料基质的有效路径;另一方面是由于碳和MnO_x的协同效应,包裹在MnO_x粒子周围的碳层避免了MnO_x在充放电过程中的体积膨胀效应,这2种叠加机制促进了电化学性能的提升.     

燃烧与催化气化灰中铝溶出行为的研究

实验对比了燃烧灰与负载Na_2CO_3催化气化灰中Al的溶出行为,考察了Na_2CO_3负载量(0-15%,质量分数)和温度(600-1 000℃)对催化气化灰中主要矿物组成与Al溶出行为的影响。同时,采用XRD分析了燃烧灰、催化气化灰以及酸浸残渣的主要组成。结果表明,燃烧灰的主要组成为莫来石,而催化气化灰的主要组成为硅铝酸钠((Na_2O)_(0.33)NaAlSiO_4)。6 mol/L硫酸、60℃和30 min浸取条件下,燃烧灰的浸出率只有40%,而Na_2CO_3负载量为10%的催化气化灰的浸出率达到88%。催化气化灰更易于回收灰中的Al。     

负载碳酸钠煤焦催化气化反应特性研究

基于热重分析仪开展负载碳酸钠神府烟煤/遵义无烟煤煤焦气化实验,并借助扫描电子显微镜和孔结构及比表面积分析仪表征焦样孔结构及表观结构变化,考察了反应温度(650-800℃)、气化剂(水蒸气、二氧化碳)及碳酸钠负载量(钠离子负载量2.2%、4.4%、6.6%,质量分数)对神府烟煤/遵义无烟煤焦样气化反应活性的影响。结果表明,碳酸钠有利于促进神府/遵义煤热解过程孔隙结构的发展。在二氧化碳气氛下,适宜催化剂负载量使神府烟煤反应活性提高,过多负载催化剂堵塞煤焦内部孔隙结构,使得气化反应活性降低,遵义无烟煤反应活性随负载量增加而提高,两者反应活性均随温度升高而提高。在水蒸气气氛下,神府烟煤/遵义无烟煤在一定条件下反应活性随催化剂负载量增大、温度升高而提高。碳酸钠的添加能够在保证气化反应性的前提下降低气化反应温度和活化能。     

混合碱处理制备微介孔催化剂及其噻吩烷基化催化性能

以SiO_2/Al2O3物质的量比为50的H-ZSM-5分子筛为母体,分别采用Na_2CO_3溶液处理后加入TPAOH溶液进行二次晶化法以及Na_2CO_3/TPAOH混合溶液同时处理法,制备了微孔-介孔多级孔HZSM-5催化剂,对其噻吩烷基化反应催化性能进行了研究。结果表明,采用4 mol/L的Na_2CO_3溶液处理后的催化剂在TPAOH溶液中发生了二次晶化;当TPAOH溶液浓度为0.3 mol/L、晶化温度为170℃、晶化时间为24 h时,得到的HZ(CO_2-3-TPA+,0.3-24-170)催化剂具有适宜的孔径和酸性,其噻吩烷基化转化率最高(99.1%)。而Na_2CO_3/TPAOH同时处理HZSM-5分子筛所得的催化剂,由于生成大量SiO_2堵塞了孔道,覆盖了催化剂表面,降低了催化剂的平均孔径和酸性,不适合噻吩烷基化反应。     

氢氧化钠水溶液体系中金属铬的电化学氧化过程

铬铁电氧化溶出技术是一种全新的制备铬酸钠的方法,具有反应条件温和、过程可控、工艺环保等优点,然而金属铬在NaOH水溶液中的电化学氧化过程尚不明确. 本文采用循环伏安法（CV）和阳极极化法（LSV）对金属铬在NaOH水溶液中的电化学氧化过程进行研究. 使用EDS、SEM、XRD和XPS对电解前后的金属铬表征,判断中间物的产生,使用紫外可见分光光度计验证电解液中生成了铬酸钠. 结果表明,金属铬和中间产物Cr(OH)₃可能依次发生电化学氧化直接生成Na₂CrO₄,阳极极化为金属铬的活化. 随着NaOH溶液浓度的增加,Cr(OH)₃和Na₂CrO₄的生成量在增加,金属铬电化学氧化制备铬酸钠的适宜条件为碱浓度≥ 2 mol·L^-1,阳极电势≥ 1.6 V（vs. SCE）.     

The effect of CTAB on Na2SO4 nucleation in mixed Na2SO4/CTAB aerosols by FTIR-ATR technology

FTIR-ATR technology is used to study the efflorescence kinetic of Na_2SO_4 and mixed Na_2SO_4/CTAB aerosols.As the RH decreased linearly,the v_3-SO_4~2 band shifts from 1094 cm~1 to 1132 cm~1,suggesting the phase transition of Na_2SO_4 from solution to crystal phase(Ⅲ).For pure Na_2SO_4 aerosols,the ERH is 75.1%RH,whereas the efflorescence point of mixed Na_2SO_4/CTAB aerosols(74.2%) is lower.By further analysis of IR differential spectra,the ratio of Na_2SO_4 crystals in mixed aerosols is only 62.7%and the heterogeneous nucleation rate of Na_2SO_4 in Na_2SO_4/CTAB mixed aerosols is lower than that in pure Na_2SO_4 aerosols.They showed that CTAB assembled into reversed micelle and part Na_2SO_4 droplets are in the core to form core-shell structure,and CTAB shell prevents core Na_2SO_4 solutions from crystallizing.However,the counter ion Br for CTAB reversed micelle can interact with Na~+ ions,which decreases the crystallization rate of free Na_2SO_4 droplets and ERH is delayed.     

CO2高效资源化利用的高温熔盐电化学技术研究

高温熔融盐具有CO₂吸收容量大、电化学窗口宽、高温下反应动力学快等特点,是利用清洁电能大规模捕集和资源化利用CO₂颇具实用化潜力的电解液体系. 本文主要介绍作者课题组近十年关于高温熔盐CO₂捕集与电化学资源化转化(MSCC-ET)技术的相关研究工作,包括熔融盐电解质对CO₂的吸收、阴极过程动力学、电解条件对产物的影响、析氧阳极、电解过程能量效率和CO₂捕获潜力,并展望了MSCC-ET技术的发展前景.     

液相共存成分对氨法脱碳吸收液解吸CO2的影响研究

考察了烟气中SO₂、NO_x和CO₂与氨水的反应机理,研究了模拟解吸液解吸过程中主要液相共存成分,如(NH₄)₂SO₃、(NH₄)₂SO₄、NH₄NO₃、NaCl、NH₄Cl和(NH₄)₂CO₃对CO₂解吸的影响.研究表明,不同液相共存成分、质量分数、pH值、表面张力等对CO₂解吸产生一定影响,大部分液相共存成分的存在,会降低脱碳溶液CO₂的解吸量.质量分数低于10％的液相共存组分对脱碳吸收液CO₂解吸过程的制约作用依次为(NH₄)₂SO₃>NH₄NO₃>(NH₄)₂SO₄>NaCl>(NH₄)₂CO₃.因此,在碳捕集前应对烟气中的杂质成分进行脱除,减少其对解吸液理化特性的影响.     

高碳铬铁在氢氧化钠水溶液中电化学氧化过程

铬铁电化学氧化法是一种新的制备铬酸钠的方法,然而高碳铬铁在NaOH水溶液中的电化学氧化过程尚不明确。 采用循环伏安法(CV)、稳态极化法(LSV)等电化学测试方法对金属铬、高碳铬铁在NaOH水溶液中的电化学氧化过程进行研究,通过扫描电子显微镜(SEM)、能量散射谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对高碳铬铁电解后固相产物表征,判断固相产物的组成。 结果表明,高碳铬铁不同于金属铬的电氧化过程,它在NaOH溶液中通过Cr(0)→Cr(Ⅵ)的电氧化方式生成铬酸钠,中间产物Cr(OH)₃和Fe(0)发生电化学反应生成稳定的FeCr₂O₄。 随着NaOH浓度的增加,电势较低时,受高碳铬铁中Fe(0)的影响,高碳铬铁容易在NaOH水溶液中发生钝化;当电势足够正时,钝化膜溶解,生成铬酸钠、氢氧化铁和亚铬酸亚铁,同时,阳极表面有氧气析出。 高碳铬铁电化学氧化制备铬酸钠的适宜条件:碱浓度≥2 mol/L,阳极电势≥1.6 V(vs.SCE)。     

制备方法对NiCo/MgO催化剂结构及其甲烷二氧化碳重整反应性能的影响

为进一步提高镍基催化剂的抗积炭能力，增强其甲烷二氧化碳重整反应性能，采用沉积沉淀法（DP）、共沉淀法（CP）和共浸渍法（CI）制备了NiCo/MgO催化剂。结合现代仪器分析表征技术，研究了制备方法对NiCo/MgO催化剂结构和抗积炭能力的影响。结果表明，与共沉淀法相比，沉积沉淀法制备过程为Ni²⁺和Co²⁺的完全水解沉淀提供了碱性环境，粒子的成核和生长速率相对较快，不存局部过饱和现象，所制备的催化剂具有良好的还原性、较小的颗粒粒径（9.7 nm）、良好的Ni/Co分散度（10.4%）和大的比表面积（68.1 m²/g），从而具有优良的抗积炭性能。对于甲烷二氧化碳重整，DP催化剂上CH₄和CO₂转化率保持在88%和92%，与800℃下的热力学平衡转化率相近；同时，H₂收率比CP和CI催化剂分别高约10%和43%，CO收率比CP和CI催化剂分别高约13%和42%，且稳定性更好。     

反应气中活化后的镍酸镧用于二氧化碳加氢生成甲烷

采用柠檬酸法制备了钙钛矿镍酸镧,并将其作为催化剂的前躯体用于二氧化碳甲烷化反应中。催化剂在400℃~700℃温度下反应气中进行活化处理。活化过程中生成了金属镍颗粒和碳酸氧化镧。金属镍呈高度分散状并被碳酸氧化镧包裹,这种现象有助于反应在400℃和500℃的高温下仍保持高活性和稳定性。XRD、XPS、TEM和H₂-TPD等表征测试表明,在活化过程中生成的碳酸氧化镧对反应起到了至关重要的作用。