纳米多孔结构镍基复合膜电极的电化学法制备及其电容特性

通过对电沉积法得到的Ni-Cu合金镀层进行电化学去合金化处理, 制备了纳米多孔结构金属镍膜. 采用循环伏安法对多孔金属镍膜在1 mol·L^-1 KOH溶液中进行阳极氧化处理, 获得了纳米多孔结构的镍基复合膜电极. 应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学技术对所制备的膜电极的物理性质及赝电容特性进行了表征. SEM、XRD和XPS的测试结果表明, 所制备的纳米多孔结构镍基复合膜由Ni、Ni(OH)₂和NiOOH组成. 电化学实验结果显示, 该复合膜在20 A·g^-1的充放电电流密度下, 给出了578 F·g^-1的初始比电容; 在1000次充放电循环后, 它的比电容值为544 F·g^-1, 电容保持率为94%. 纳米多孔结构有利于KOH电解液的渗透, 从而促进反应物种在电极内部的传输; 纳米多孔的金属镍基体可以提高Ni(OH)₂膜的电子导电性; 纳米大小的Ni(OH)₂颗粒能够缩短质子的固相扩散路径. 上述因素是所制备的纳米多孔结构镍基复合膜电极具有优异赝电容特性的主要原因.     

聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管制备及其超级电容器性能

利用苯胺原位化学聚合合成聚苯胺包覆碳纳米管(CNTs), 再炭化处理制备氮掺杂碳纳米管(NCNTs).激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子谱(XPS)分析及透射电镜(TEM)观察表明, 苯胺包覆碳纳米管经炭化处理后, 得到以碳纳米管为核、氮掺杂碳层为壳, 具有核-壳结构的氮掺杂碳纳米管, 而碳纳米管本征结构未遭破坏. 研究表明, 随着苯胺用量的增大, 氮掺杂碳纳米管的氮掺杂碳层变厚, 氮含量从7.06%(质量分数)增加到8.64%, 而作为超级电容器电极材料, 随着氮掺杂碳层厚度降低, 氮掺杂碳纳米管在6 mol·L^-1氢氧化钾电解液中的比容量从107 F·g^-1增大到205 F·g^-1, 远高于原始碳纳米管10 F·g^-1的比容量, 且聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管表现出较好的充放电循环性, 经1000次充放电循环后仍保持初始容量的92.8%~97.1%, 表明氮掺杂碳纳米管不仅通过表面氮杂原子引入大的法拉第电容和改善亲水性使电容量显著增大, 其具有的核壳结构特征也使循环稳定性增强。     

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.     

水溶性壳聚糖制备多孔碳/氧化镍复合材料及其电化学电容行为

将水溶性壳聚糖碳化得到多孔碳材料, 然后制备了多孔碳/NiO复合材料. 透射电子显微镜(TEM), X射线衍射(XRD)和N₂吸-脱附实验等结构表征显示, 材料具有富含介孔的孔道结构. 循环伏安(CV), 恒流充放电等电化学测试表明, 复合材料具有良好的电化学电容性能. 其中Ni/C质量比为2:20时, 复合材料在0.1 A·g^-1电流密度下比容量可达355 F·g^-1, 而且经过1500次循环比容量仍保持99%左右, 表现出良好的循环稳定性.     

基于含锌有机配位聚合物的微孔碳的合成及其电化学性能

报道了一种基于含锌(II)有机配位聚合物制备微孔碳的新方法. 通过锌离子和酒石酸之间的配位作用获得含锌有机配位化合物, 并通过氢键作用将其引入到间苯二酚/甲醛低聚物溶胶的开放网络结构中. 使含锌有机配位化合物和酚醛低聚物溶胶体系发生共聚反应得到酚醛和含锌有机配位共聚物, 在950℃下热处理分解以及锌蒸气蒸发后制得微孔碳. 微孔碳材料典型样品具有相对较大以及比较规则的微孔, 其比表面积可以达到1260 m²·g^-1, 孔体积为0.63 cm³·g^-1. 所得微孔碳作为超级电容器电极材料的等效串联电阻为0.46 Ω, 其循环伏安曲线展示出较好的矩形性. 恒流充放电分析结果表明, 当电流密度为1 A·g^-1时, 微孔碳电极的比电容为196 F·g^-1; 在10 A·g^-1的大电流密度下, 比电容仍然达到137 F·g^-1. 该电极具有优良的循环稳定性, 1000次循环后比电容保持率达到98%. 这一研究结果表明, 所得微孔碳在超级电容器电极材料方面具有重要的应用前景.     

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/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能

以苯胺和氧化石墨烯(GO)为原料, 采用电化学方法制备了石墨烯/聚苯胺(GP)复合材料. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱分析(XPS)对其结构、微观形貌进行了表征,并对复合材料电化学性能进行了测试. 结果表明, 复合材料保持了石墨烯的基本形貌, 聚苯胺颗粒均匀地分散在石墨烯表面, 复合材料在500 mA·g^-1的电流密度下比电容达到352 F·g^-1, 1000 mA·g^-1下比电容为315 F·g^-1, 经过1000 次的充放电循环后容量保持率达到90%, 远大于石墨烯和聚苯胺单体的比电容. 复合材料放电效率高, 电解质离子易于在电极中扩散和迁移.     

氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能

通过直接炭化沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF-8）纳米多面体,成功制备了氮掺杂介孔碳（NMCs）. 采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）及比表面和孔隙度分析仪对其微观形貌和结构进行了表征,并对NMCs的电化学超电容性能进行了测试. 结果表明：NMCs具有规整的形貌、介孔纳米结构和较大比表面积（2737 m²·g^-1）;由于氮元素掺杂所赋予的优异的表面润湿性和赝电容性能,且介孔结构有利于电解质到达电极活性材料表面,NMCs表现出优异的电化学超电容性能,在1 A·g^-1的电流密度下,1.0 mol·L^-1H₂SO₄溶液中的比电容值为307 F·g^-1,并具有良好的功率特性;此外,在10A·g^-1的大电流密度下充放电循环5000次后,NMCs的比电容值保持率为96.9%.     

基于羧甲基纤维素钠制备氮掺杂多孔炭及其电容性能研究

以羧甲基纤维素钠(NaCMC)为碳源, 利用直接炭化工艺(无需进一步活化)制备多孔炭材料; 然后, 以CO(NH₂)₂为氮源, 形成了氮掺杂多孔炭材料. 氮的存在形式包括吡啶N、石墨N和吡咯N. 实验结果表明, 羧甲基纤维素钠与CO(NH₂)₂之间的配比可以有效控制氮存在形式、含量、样品的比表面积及孔的结构等. 样品的电化学性能测试表明, 氮掺杂后多孔炭材料的超电容性能得到了显著提升. 以carbon-N-1:20为例, 其比表面积可达858 m²·g^-1, 远高于未经氮掺杂carbon-blank 的463 m²·g^-1, 其质量比电容则由94.0 F·g^-1提高到了156.7F·g^-1.     

活性炭表面担载氧化锰复合电极的电化学电容性能

通过在两种商品活性炭XC-72(比表面250m2·g-1)和YEC-8(比表面1726m·2g-1)电极表面涂刷Mn(NO3)2,并在200℃进行热分解得到表面担载氧化锰的复合材料电极.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征电极的形貌和氧化锰的晶体结构,采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗考察了不同电极的电化学电容性能.结果表明,Mn(NO3)2在200℃的热解产物是α-Mn2O3和α-Mn3O4的混合物.当C和MnOx的质量比为2∶1和9∶1时,XC-72/MnOx中氧化锰的比电容分别达到499和435F·g-1,YEC-8/MnOx中氧化锰的比电容分别达到554和606F·g-1,表明氧化锰的赝电容对电极比电容的贡献十分显著.     

静电纺丝制备多孔碳纳米纤维及其电化学电容行为

采用静电纺丝技术,以聚丙烯腈(PAN)/醋酸锌为前驱体制备复合纳米纤维,随后经碳化、酸化获得多孔碳纳米纤维.扫描电子显微镜(SEM)观察发现,碳纳米纤维表面分布大量孔洞.N2吸脱附等温曲线(BET)测试材料比表面积达413m2·g-1.循环伏安法(CV)和恒流充放电(CP)性能测试表明:多孔碳纳米纤维具有较好的电化学性能,在1A·g-1的电流密度下比电容达275F·g-1.相比碳纳米纤维比容量提高了162%.     

Prussian Blue/Multiwalled Carbon Nanotube Hybrids: Synthesis,Assembly and Electrochemical Behavior

Prussian blue/carbon nanotube (PB/CNT) hybrids with excellent dispersibility in aqueous solutions were synthesized by adding CNTs to an acidic solution of Fe³⁺, [Fe(CN)₆]^3? and KCl. Fourier transform infrared spectroscopy, UV‐vis absorption spectroscopy and scanning electron microscopy were employed to confirm the formation of PB/CNT hybrids. The PB nanoparticles formed on the CNT surfaces exhibit a narrow size distribution and an average size of 40 nm. The present results demonstrate that the selective reduction of Fe³⁺ to Fe²⁺ by CNTs is the key step for PB/CNT hybrid formation. The subsequent fabrication of the PB/CNT hybrid films was achieved by layer‐by‐layer technique. The thus‐prepared PB/CNT hybrid films exhibit electrocatalytic activity towards H₂O₂ reduction.     

5-磺基水杨酸辅助水热法制备Co-Ni层状双氢氧化物及其超电容性能

采用5-磺基水杨酸(SSA)辅助水热法制备了Co-Ni层状双氢氧化物(CoxNi1-xLDHs),通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)研究其结构与形貌.结果表明,通过调控反应体系中Co、Ni的配比,可以得到不同形貌的CoxNi1-xLDHs.在Co的摩尔分数为0.24时,形成了由纳米片组装的花瓣状纳米球.循环伏安和恒流充放电测试表明,这种花瓣状结构的双氢氧化物在1A·g-1电流密度下,比电容值达到1735F·g-1.     

Facile low-temperature polyol process for LiFePO4 nanoplate and carbon nanotube composite

Crystalline LiFePO₄ nanoplates were incorporated with 5 wt.% multi-walled carbon nanotubes (CNTs) via a facile low temperature polyol process, in one single step without any post heat treatment. The CNTs were embedded into the LiFePO₄ particles to form a network to enhance the electrochemical performance of LiFePO₄ electrode for lithium-ion battery applications. The structural and morphological characters of the LiFePO₄–CNT composites were investigated by X-ray diffraction, Fourier Transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The electrochemical properties were analyzed by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and charge/discharge tests. Primary results showed that well crystallized olivine-type structure without any impurity phases was developed, and the LiFePO₄–CNT composites exhibited good electrochemical performance, with a reversible specific capacity of 155 mAh g⁻¹ at the current rate of 10 mA g⁻¹, and a capacity retention ratio close to 100% after 100 cycles.     

氧化石墨烯/聚吡咯插层复合材料的制备和电化学电容性能

以FeCl₃-甲基橙(MO)为模板, 通过化学原位聚合法成功制备出氧化石墨烯/聚吡咯(GO/PPy)插层复合材料. 采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试技术对复合材料进行物性表征. 此外, 利用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗测试方法对复合材料在两种不同水系电解液(1 mol·L^-1 Na₂SO₄和1 mol·L^-1 H₂SO₄)中的电化学性能进行了研究. 结果显示: 氧化石墨烯和聚吡咯表现出各自优势并发挥协同作用, 使得GO/PPy插层复合材料在中性和酸性电解液中都显示出可观的比电容. 电流密度为0.5 A·g^-1时, GO/PPy 插层复合材料在Na₂SO₄和H₂SO₄电解液中的比电容分别为449.1 和619.0 F·g^-1, 明显高于纯PPy的比电容. 经过800 次循环稳定性测试后, 两种不同电解液中, 复合材料初始容量的保持率分别为92%和62%. 其中酸性电解液体系中初始容量更大, 而中性溶液中具有更稳定的循环性能.     

自支撑多孔碳/硒复合柔性电极的制备及其电化学性能

以二氧化硅（SiO₂）为模板,结合静电纺丝与溶胶-凝胶法制备了多孔碳纳米纤维膜（PCNFS）,再通过熔融扩散法负载硒,制备了一种柔性的碳/硒复合电极（Se@PCNFS）。结合X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对材料的微观结构和形貌进行表征,结果显示多孔碳纤维直径约300 nm,硒均匀地嵌入碳纤维膜的孔洞中。电化学测试结果表明,1Se@PCNFS电极在锂硒电池中表现出优异的循环性能和倍率性能。在0.5C倍率下,初始放电比容量达到569 mAh·g^-1,循环500次后比容量为340 mAh·g^-1;在2C倍率时,比容量为403 mAh·g^-1。