CP@NiAl-LDH复合材料的制备及其超级电容器性能

通过采用简易温和的水热条件制备导电聚合物@镍铝层状双金属氧化物复合材料（CP@NiAl-LDH）,构建电子/离子的高速传输纳米通道,利用SEM和XRD对复合材料结构形貌进行表征。电化学性能测试结果表明,导电聚合物为复合材料提供一定的赝电容,促进电荷的快速转移,使CP@NiAl-LDH的电容性能得以显著提升。PPy@LDH具有最好的电容性能,在1 A·g^-1的电流密度下,其比容量高达3 010.3 F·g^-1,当电流密度升高到20 A·g^-1时,其比电容保持率为73.1%,表现出优异的倍率性能;同时,在10 A·g^-1的电流密度下10 000次充放电循环后仍具有88.8%的比容量保持率,具有优异的循环稳定性。这主要归功于NiAl-LDH与导电聚合物之间的协同增强效应。     

炭化对沥青基活性炭纤维的结构和超级电容器性能影响

以450℃低温炭化的各向异性中间相沥青基炭纤维为原料,先通过KOH化学活化方法制备出活性炭纤维(ACFs),再对ACFs进行炭化改性,以提高ACFs的导电率,系统地研究了炭化温度对ACFs微观形貌、结晶度、孔结构和超级电容器性能的影响。结果显示:经过1 200℃炭化处理的ACFs(ACFs~(-1)200)电极具有优异的电化学性能,在0.1 A·g~(-1)电流密度下比容量高达204 F·g~(-1),1 000次循环后电容保持率达到97.0%;且电流增至20 A·g~(-1)时依然具有高比容量(149 F·g~(-1)),表明ACFs~(-1)200电极相比于未炭化的ACFs,其导电率、大电流密度下的比容量、循环保持率均显著提高。     

介孔碳/石墨烯复合材料的制备及其醌类改性电容性能

首先利用硬模板法制备出介孔碳/石墨烯复合材料,然后向复合材料中引入具有赝电容活性的醌类分子进一步增大材料的电容性能。研究结果表明,负载30%(w/w)叔丁基氢醌的介孔碳/石墨烯复合材料具有最佳的电容性能,在电流密度为0.5 A·g~(-1)时,比电容值为355 F·g~(-1);当电流密度高达30 A·g~(-1)时,其比电容值高达226 F·g~(-1),比电容保持率为64%,表现出良好的速率特性。     

香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用简易浸泡法和一步碳化/活化法制备香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料(NMCs),利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构形貌进行表征,并研究了其超级电容特性。测试结果表明,NMCs的微孔比表面积高达1 594 m~2·g~(-1),且拥有更高数量的含氮官能团,其吡啶型含氮官能团比例也有所提高,展现出优异的超级电容特性。在0.5 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达325 F·g~(-1),当电流密度上升到20 A·g~(-1)时,其比电容仍然高达180 F·g~(-1),表现出优异的倍率性能;同时,在5 A·g~(-1)的电流密度下,电极经历5 000次充放电循环后具有97.7%的比容量保持率,展现出优异的循环稳定性。这主要归因于NMCs超高的微孔比表面积和丰富的含氮官能团。     

纳米多孔双金属氧化物NiCo2O4的制备及其电化学性能

采用快速凝固与脱合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni、Ni-Co合金,分别经腐蚀与退火获得纳米多孔NiO、NiCo_2O_4,采用XRD、SEM、TEM、N_2吸附-脱附等对多孔NiO、NiCo_2O_4电极的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,并通过循环伏安、恒电流充放电等方法测试多孔电极的电化学性能。结果表明,得到的纳米多孔NiO具有均匀的"泥裂"式结构,在1A·g~(-1)电流密度下比电容为375 F·g~(-1),当电流密度增加至20 A·g~(-1)时的比容保持率为67.5%,在4 A·g~(-1)电流密度下循环充放电1 000次,比容保持率为81.7%;NiCo_2O_4形成典型的开放式纳米多孔双连续结构,其在1A·g~(-1)电流密度下比电容为674 F·g~(-1),当电流密度增加至20 A·g~(-1),比容保持率达72.0%;在4 A·g~(-1)电流密度下循环充放电1 000次,比容保持率达92.9%,双连续纳米多孔结构及其提供的机械稳定性,使得NiCo_2O_4表现出更为优异的超电容性能。     

超级电容器用相互连接的类石墨烯纳米片

采用氧化镁模板耦合原位氢氧化钾活化法制备了超级电容器用煤焦油基相互连接的类石墨烯纳米片(IGNSs)。所制备的IGNS具有高达2887 m~2·g~(-1)的比表面积和大量的分级短孔。当作为超级电容器的电极材料时,在6 mol·L~(-1) KOH电解液中,于0.05 A·g~(-1)的电流密度下,IGNS显示出313 F·g~(-1)的高比容;在20 A·g~(-1)的电流密度下,IGNS的比电容为261F·g~(-1),显示了好的倍率性能;经过10000次循环测试后,其容量保持率为92.7%,展现了优异的循环稳定性。这一工作为从芳烃分子大规模生产高性能储能用类石墨烯纳米片提供了一种简单的方法。     

脱合金制备纳米多孔双金属氧化物NiMoO_4及其电化学性能

采用快速凝固与脱合金相结合的方法制备纳米多孔Ni-Mo合金,然后退火获得三维双连续纳米多孔NiMoO_4,采用XRD、SEM、TEM对多孔NiMoO_4的成分、形貌和结构进行表征,并通过循环伏安、恒电流充放电等方法测试多孔NiMoO_4电极的电化学性能。结果表明,Ni_5Mo_5Al_(90)和Ni_(2.5)Mo_(2.5)Al_(95)经脱合金和退火均可获得纳米多孔NiMoO_4,Mo元素对脱合金具有钉扎作用,可减小多孔合金的骨架和孔隙尺寸,由Ni_5Mo_5Al_(90)合金获得纳米多孔NiMoO_4表现出更为优异的超电容性能,其在1 A·g~(-1)电流密度比容量达708 F·g~(-1),当电流密度增加20 A·g~(-1),其比容保持率达57.1%。在4 A·g~(-1)电流密度下循环充放电1 000次,其比容保持率达91.2%。     

用于高性能超级电容器的氮掺杂碳纳米网的制备

以菲为碳源、氨气为氮源,通过一步碳化、活化法成功制得了氮掺杂碳纳米网(NCNs)。在800℃下制得的样品(NCN_(800))具有独特的网状结构、大的比表面积(1 567 m~2·g~(-1))和高的原子百分含量(N 4.41%、O 13.71%)。归因于这些结构特征,工作电极NCN_(800)在三电极系统中显示出高的比电容(0.05 A·g~(-1)电流密度下比电容为542.3 F·g~(-1))。此外,用于对称超级电容器的NCN_(800)电极展现了高的比电容(0.05 A·g~(-1)电流密度下比电容为443.6 F·g~(-1))、良好的倍率性能(20 A·g~(-1)电流密度下比电容为341.2 F·g~(-1))以及优异的循环稳定性(经过30 000次循环后比电容保持率为93.5%)。     

不同Ni含量NiCoAl LDH的制备及CNT/Ni0.3CoAl LDH材料的电化学性能

利用水热法一步合成了不同镍、钴元素比例的镍钴铝层状氢氧化物(NiCoAl LDH),并探究了不同Ni元素含量的NiCoAl LDH的电化学性能,在Ni和Co的物质的量之比为3:7时,Ni_(0.3)CoAl LDH具有最优电化学性能。晶格中部分Ni元素被Co元素代替有利于降低氧化电势,提高材料的化学可逆性。然后通过水热法将CNT与Ni_(0.3)CoAl LDH复合,CNT的复合提高了材料的导电性。CNT/Ni_(0.3)CoAl LDH在1 A·g~(-1)的电流密度下比容量为1 332 F·g~(-1),电流密度为10 A·g~(-1)时比容量保持率为60.4%。在5A·g~(-1)的电流密度下循环3 000圈容量保持率为87.6%。     

纳米CuFe_2O_4-rGO复合材料的制备及电化学性能

采用溶剂热法成功制备了纳米CuFe_2O_4-rGO复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学工作站对样品的结构、形貌及电容特性进行表征。结果表明,CuFe_2O_4纳米粒子均匀地分散在石墨烯片层间,其中CuFe_2O_4-20%rGO复合材料具有最优的电化学性能,当电流密度1 A·g~(-1)时,其比电容为1 952.5 F·g~(-1),当电流密度为1 A·g~(-1)时,CuFe_2O_4-20%rGO复合材料经1 000次充放电后的比电容保持率为86.17%。     

基于导电基底的多孔银耳状氧化镍的电化学行为

采用化学沉淀法, 在导电基底上原位生长多孔状氧化镍。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行了表征。采用循环伏安、恒流充放电技术和交流阻抗对其电化学性能进行了测试。结果表明, 由于泡沫镍导电基底增强了电极的导电性, 充分利用各组成单元的多孔特性, 在电流密度为0.5 A·g^-1时, 电极的比容量达到3.5 F·cm^-2 (705 F·g^-1), 同时电极具有较好的倍率特性(电容保持率68.1%)和稳定的长循环寿命(3 000次循环后电极比容量增加17.6%)。     

基于导电基底的多孔银耳状氧化镍的电化学行为

采用化学沉淀法,在导电基底上原位生长多孔状氧化镍.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行了表征.采用循环伏安、恒流充放电技术和交流阻抗对其电化学性能进行了测试.结果表明,由于泡沫镍导电基底增强了电极的导电性,充分利用各组成单元的多孔特性,在电流密度为0.5 A·g^-1时,电极的比容量达到3.5 F·cm^-2 (705 F·g^-1),同时电极具有较好的倍率特性(电容保持率68.1%)和稳定的长循环寿命(3 000次循环后电极比容量增加17.6%).     

线状全固态CNTF@ZnCo-OH//CNTF@RGO超级电容器的制备与电化学性能

采用电化学沉积在碳纳米管纤维上复合锌钴氢氧化物纳米片（CNTF@ZnCo-OH）,并研究其电化学性能。实验结果表明CNTF@ZnCo-OH电极在2 A·g^-1的电流密度下比电容为748 F·g^-1,在10 A·g^-1的电流密度下循环2 000圈以后,比电容保持率高达110.4%。该优异循环性能得益于碳纳米管纤维基底的网络结构和ZnCo-OH的纳米片状结构。以CNTF@RGO（石墨烯）为负极、CNTF@ZnCo-OH为正极,组装线状全固态非对称CNTF@ZnCo-OH//CNTF@RGO超级电容器。该器件在0.5 A·g^-1电流密度下比电容为70 F·g^-1,2 000次循环后电容保持率为79.6%,并且在不同的弯曲状态下保持电化学性能不变,具有优良的机械稳定性。该非对称线状器件可以在0.8~1.4 V之间工作,其能量密度高达19.1 Wh·kg^-1,对应的功率密度为1 400.3 W·kg^-1。2个30 mm长的线状器件可持续点亮LED灯10 s。     

表面官能团化增强碳纳米笼超级电容器性能

以具有多级孔结构、高比表面积、良好导电性等特征的碳纳米笼(CNCs)为前体,采用硝酸氧化法在CNCs表面引入含氧官能团。以CNCs为超级电容器电极材料,在相同电流密度下,官能团化样品的比电容显著高于纯CNCs;在1 A·g-1下比电容最高可达到255 F·g-1,比纯CNCs的188 F·g-1增加了34%,这表明表面含氧官能团化能够显著提高CNCs的超级电容器比电容。在100 A·g-1的大电流密度下,硝酸氧化后CNCs的比电容保持在111~167 F·g-1,表明具有良好的耐大电流充放电性能。在10 A·g-1的电流密度下循环10 000圈后,CNC-6M样品的比电容由196 F·g-1下降到176 F·g-1,样品的比电容仍保留90%,具有良好的循环稳定性。表面含氧官能团化CNCs所表现出的这种优异的超级电容器性能归因于CNCs的多尺度分级孔结构、高比表面积、良好的导电性、表面亲水性含氧官能团化带来的浸润性提高和引入的赝电容。     

表面官能团化增强碳纳米笼超级电容器性能

以具有多级孔结构、高比表面积、良好导电性等特征的碳纳米笼（CNCs）为前体,采用硝酸氧化法在CNCs表面引入含氧官能团。以CNCs为超级电容器电极材料,在相同电流密度下,官能团化样品的比电容显著高于纯CNCs;在1A·g^-1下比电容最高可达到255F·g^-1,比纯CNCs的188F·g^-1增加了34%,这表明表面含氧官能团化能够显著提高CNCs的超级电容器比电容。在100A·g^-1的大电流密度下,硝酸氧化后CNCs的比电容保持在111~167F·g^-1,表明具有良好的耐大电流充放电性能。在10A·g^-1的电流密度下循环10000圈后,CNC-6M样品的比电容由196F·g^-1下降到176F·g^-1,样品的比电容仍保留90%,具有良好的循环稳定性。表面含氧官能团化CNCs所表现出的这种优异的超级电容器性能归因于CNCs的多尺度分级孔结构、高比表面积、良好的导电性、表面亲水性含氧官能团化带来的浸润性提高和引入的赝电容。     

二维Ni-Salphen基共价有机骨架的制备及电容性能

利用2,3,6,7,10,11-六氨基三苯六盐酸盐（HATP）和4,6-二羟基-5-甲基间苯二甲醛（DMDB）为构筑基元,构筑了二维Ni-Salphen基共价有机骨架（COFs）电极材料（Ni-Salphen-COF）。通过一系列方法对Ni-Salphen-COF的结构、形貌和电化学性能进行了表征和测试。三电极系统测试结果表明,Ni-Salphen-COF具有优异的电化学性能,在1 A·g^-1时,比电容达到531 F·g^-1,并显示良好的循环稳定性（10 000次循环后电容保持率为89%）。同时,二电极系统测试结果显示,在1 A·g^-1时,Ni-Salphen-COF//AC （AC为活性炭）比电容达176 F·g^-1;在功率密度为900 W·kg^-1时,最大能量密度为55 Wh·kg^-1。良好的性能可能归因于Ni-Salphen结构提高了电极材料的电导率、氧化还原活性和电荷转移能力。     

一种高容量的层状Co-MOF基超级电容器电极材料

通过简单的溶剂热反应合成了一种钴基层状MOF（[Co（4,4''-bpy）（tfbdc）（H₂O）₂],Co-BTH,4,4''-bpy=4,4''-联吡啶,H₂tfbdc=四氟对苯二甲酸）,并考察了其作为超级电容器电极材料的性能。研究结果表明：Co-BTH电极具有良好的赝电容性能,包含高比电容和较好的倍率性能。在1 A·g^-1电流密度下和1 mol·L^-1 KOH溶液中,其比电容最大可达2 316 F·g^-1。在2 A·g^-1的电流密度下,循环1 000次后,电极的比电容仍然还有847 F·g^-1。良好的赝电容性能与Co-BTH的层状结构和小尺寸的纳米片有关。     

超高比表面积氮掺杂多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以蔗糖为碳源,尿素为氮源,草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3 000 m²·g^-1)的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800 的比表面积为 1 114 m2·g^-1,而同时使用草酸钾和尿素制备的样品 KNC-800 的比表面积高达 3 033 m²·g^-1。在以 6.0mol·L^-1 KOH 为电解液的三电极体系中,当电流密度为 0.5 A·g^-1时,KNC-800 的比电容为 405 F·g^-1,而 KC-800 的比电容仅为248 F·g^-1。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^-1时经过10 000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。