α-MnO2纳米棒/多孔碳正极材料的制备及水系锌离子电池性能研究

针对水系锌离子电池锰基正极材料存在比容量低、循环稳定性差等问题, 本工作利用水热法制备出棒状结构的α-MnO₂, 通过柠檬酸钠高温碳化制备多孔碳, 进而通过超声分散等处理制备出α-MnO₂/PCSs复合材料. 三维的多孔网络有助于提高电子导电性, 提供一个稳定的支撑;α-MnO₂纳米棒均匀地附着在多孔碳纳米片层表面, 有效地避免α-MnO₂的团聚, 从而提高锌离子传输效率. 得益于α-MnO₂/PCSs独特的结构优势, 将其作为锌离子电池正极材料, 在电流密度为0.1 A•g^–1的条件下循环100次后, 其可逆容量为350 mAh•g^–1, 在1 A•g^–1的大的电流密度下, 经过1000圈循环后, 容量可达160 mAh•g^–1, 展现了优异的循环稳定性能, 有望成为高性能锌离子电池的潜在正极材料.     

有双重固硫作用的PEDOT包覆MnO_2纳米管阴极用于高性能的锂硫电池（英文）

制备了α-MnO_2纳米管作为硫的宿主材料,将硫填充到α-MnO_2管的中空部分,并通过原位聚合法在α-MnO_2外层包覆一层薄层聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)进一步束缚硫。这样一种双重固硫的阴极材料S@α-MnO_2-PEDOT在锂硫电池中体现出了高的性能。在电流密度1 675 mA·g~(-1)(1C)下循环200圈,容量为774.4 mAh·g~(-1),且在电流密度为3 350 mA·g~(-1)(2C)下容量达854.1 mAh·g~(-1),体现出良好的循环稳定性和倍率性能。这些显著的性能得益于阴极材料新颖的结构。在这种结构中,α-MnO_2纳米管不仅能对硫起到物理限制作用,而且增强了硫宿主材料和多硫化物间的化学相互作用。同时,PEDOT的引入增强了含硫纳米复合材料的导电性,并进一步减少了由于体积变化和多硫化锂的过度溶解引起的硫的损失。     

核壳结构的Co_3O_4@δ-MnO_2/Pt作为锂氧电池高效催化正极（英文）

通过简易、可控的水热方法在泡沫镍基体上直接生长了核壳结构的阵列型Co_3O_4@δ-MnO_2/Pt正极。阵列电极有利于电极的润湿、氧气的传输和Li_2O_2的负载。Co_3O_4@δ-MnO_2/Pt正极对氧还原和氧析出反应具有高的催化性能,可促使Li_2O_2依附Co_3O_4@δ-MnO_2/Pt阵列生长,从而保持阵列结构。该生长行为有利于Li_2O_2在充电时分解。以Co_3O_4@δ-MnO_2/Pt为催化正极的锂氧电池显示出高的容量(在电流密度100 mA·g~(-1)时容量为2 480 m Ah·g~(-1)),以及长的循环寿命(容量限定在500 mAh·g~(-1)时,在200mA·g~(-1)电流密度下,可循环65次),该性能超过了使用Co_3O_4或Co_3O_4@δ-MnO_2催化剂的电池。     

大碳层间距的沥青基多级孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

基于KOH活化法,以纳米级片层多孔MgO为模板剂,制备大碳层间距的沥青基超级电容器用多级孔碳材料。考察了模板剂添加量对多孔碳材料孔分布、碳层间距等理化性能及电化学性能的影响。结果表明模板剂添加量为沥青质量的25%时,多孔碳材料比表面积、孔体积分别为2 634 m~2·g~(-1)、1.12 cm~3·g~(-1),碳层间距高达0.374 nm,用于超级电容器电极材料时,1和20A·g~(-1)电流密度下的比电容分别为338和277 F·g~(-1),经过10 000次循环恒电流充放电,1 A·g~(-1)下容量保持率为93.5%,展现了优异的电化学性能。     

采用芦苇干花制备锂离子电池负极材料

本文以芦苇干花为原料,通过氢氧化钾活化致孔制备了多孔碳材料(PC)。采用X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱、氮气吸附脱附、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征手段分析材料的结构与形貌,并进行了恒电流充放电测试以研究其电化学性能。测试结果表明PC材料具有大的比表面积和高的孔隙率,用作锂离子电池负极时,具有较高的容量(在1 A·g~(-1)电流密度下循环100次后,容量为512 m A h·g~(-1))和优良的倍率性能(在2 A·g~(-1)电流密度下,容量为364 m A h·g~(-1))。     

废弃生物质水葫芦多孔碳用于锂离子和钠离子电池负极的研究

水葫芦作为一种廉价的生物质资源,对其进行物理、化学处理后得到疏松多孔的碳材料。将该碳材料用于锂离子电池负极时,在1000 mA g~(-1)的电流密度下循环100次可逆容量保持在283 mAh g~(-1),即使在10 A g~(-1)的电流密度下,可逆容量仍高达125 mAh g~(-1),表现出较好的倍率性能。用作钠离子电池负极时,在100 mA g~(-1)的电流密度下可逆容量达到145 mAh g~(-1),在1000 mA g~(-1)下循环100次可逆容量依然可以保持在123 mAh g~(-1)。该电极材料优异的电化学性能可归因于其疏松多孔的结构,这有利于活性材料与电解液充分接触,同时为锂/钠离子存储提供更多的位点,并且有利于离子的快速传输。     

碳包覆Ti_2Nb_2O_9纳米片的制备及其储钠性能

具有两种不同阳离子的二元金属氧化物在钠离子电池中可发生可逆的多电子反应,是一类非常具有应用前景的高容量负极材料。在本项工作中,通过离子交换法和化学剥离法得到HTiNbO_5纳米片,采用水热法将其与蔗糖复合再经由后续热处理得到碳包覆的Ti_2Nb_2O_9纳米片材料。碳包覆的Ti_2Nb_2O_9纳米片可用作钠离子电池的负极材料,具有更高的电子导电性和多的反应活性点以及快速的离子传输通道,在50 m A?g~(-1)的电流密度下具有265.2 m Ah?g~(-1)的可逆容量。在0.5A?g~(-1)的大电流密度下,循环200圈之后比容量为160.9 m Ah?g~(-1) (容量保持率75.3%)。研究结果表明Ti_2Nb_2O_9/C纳米片在钠离子电池中具有出色的充放电性能和循环稳定性,为钠离子电池负极材料提供了可行的新选择。     

δ-MnO2改性石墨烯气凝胶的制备及电化学性能

通过对还原石墨烯气凝胶(RGOA)进行δ-MnO_2纳米颗粒改性制备出锂离子电池负极,并获得了良好的电化学性能。同时研究了δ-MnO_2的负载量对三维复合RGOA/δ-MnO_2负极材料电化学性能的影响,发现随着δ-MnO_2负载量的增加,锂离子电池性能先增后减,在δ-MnO_2负载量合适时(160 mg)比容量达到最大值(1 701.9 mAh·g~(-1)),该值明显高于δ-MnO_2负极的理论容量1 230 m Ah·g~(-1)。此外,该RGOA/δ-MnO_2-160 mg负极即便在5 A·g~(-1)的大电流下经历600次循环后仍能保持210.5 mAh·g~(-1)的比容量。如此优异的电化学性能归因于RGOA的大比表面积和高导电性,以及δ-MnO_2颗粒的高比容量和高催化活性。此外,三维石墨烯气凝胶中大量的孔洞有利于提供足够的空间负载超细δ-MnO_2颗粒,避免了δ-MnO_2在嵌锂过程中的体积膨胀以及抑制了固液界面保护膜(SEM)的加厚。通过计算赝电容对锂离子电池比容量的贡献,证实RGOA/δ-MnO_2电极的充放电过程为赝电容行为所主导,这也是取得良好比容量和循环性能的另一重要原因。     

二维配位聚合物衍生的氮掺杂碳/氧化锌纳米复合材料作为高性能的锂离子电池负极材料

通过一步煅烧二维锌基配位聚合物[Zn(tfbdc)(4,4′-bpy)(H_2O)_2](H_2tfbdc=四氟对苯二甲酸;4,4′-bpy=4,4′-联吡啶),制备了氮掺杂碳/氧化锌复合纳米粒子(ZnO-N-C)。作为锂离子电池的负极材料,ZnO-N-C电极具有高的可逆容量,优异的循环稳定性和较好的倍率性能。在50 mA·g~(-1)的电流密度下,50次循环后ZnO-N-C电极仍有611 mAh·g~(-1)的可逆容量。     

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。     

原位相分离合成V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料及其储钠性能

钠具有资源丰富、成本低廉等优势,因此钠离子电池被认为是未来替代锂离子电池的最佳候选者之一。然而,寻找合适的电极材料是当前制备高性能钠离子电池面临的难题之一。在众多候选材料中,钒酸盐材料通过引入阳离子增加钒的配位数,使得材料结构的稳定性得到提高,从而改善了钠离子电池的电化学性能。本文研究了一种原位相分离法合成V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等对电极材料形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料相对于V2O5纳米线材料,结构更加稳定,在0.1 A·g~(-1)电流密度下,初始放电容量由295.4 m Ah·g~(-1)提升到342 m Ah·g~(-1),循环100圈容量保持率由26.6%提高到65.8%,获得了更加优异的倍率性能(在1.0 A·g~(-1)电流密度下,容量由44 m Ah·g~(-1)提高到160 m Ah·g~(-1))。因此,V_2O_5/Fe_2V_4O_(13)纳米复合材料的研究为开拓新型高性能钠离子电池负极材料拓宽了思路。     

三维有序大孔Fe_2SiO_4/SiO_2@C锂离子电池负极纳米玻璃陶瓷-碳复合材料制备及电化学性能

以聚苯乙烯(PS)胶晶作为铸模,采用纳米铸造工艺及后续煅烧的方法合成了三维有序大孔Fe_2SiO_4/SiO_2@C纳米玻璃陶瓷锂离子电池负极材料。溶胶-凝胶工艺产生的凝胶在650℃氩气氛炉中煅烧后,Fe_2SiO_4纳米晶体从含铁元素的SiO_2基玻璃中结晶析出,形成由Fe_2SiO_4纳米晶体、铁离子(Fe3+)修饰的玻璃态SiO_2和非晶碳组成的三维有序大孔纳米玻璃陶瓷。在50 m A·g~(-1)电流密度下进行充放电时,其放电容量可达450 m Ah·g~(-1)以上,电流密度增加到250 m A·g~(-1)时可逆放电容量仍旧稳定地保持在260 m Ah·g~(-1),而具有同样有序大孔结构和含碳量的非晶态SiO_2@C材料的放电比容量在50 m A·g~(-1)电流密度时仅为15 m Ah·g~(-1)。这些结果表明,Fe_2SiO_4纳米晶体及Fe~(3+)有助于SiO_2基玻璃陶瓷实现可逆储锂过程。     

熔盐锌热法制备三维多孔碳用于高性能钾离子电池负极材料

采用熔盐锌热法,以蔗糖为前驱体成功制备了三维多孔碳材料,并将其用作钾离子电池负极材料。所制备的三维多孔碳具有大量相互贯通的孔道,有效地缓解了电极在充放电循环过程中的体积效应,提高了电解液对电极的浸润性,缩短了钾离子的扩散路径,从而展现出优异的循环稳定性和倍率性能。三维多孔碳电极在0.5 A·g-1的电流密度下,经过2500次循环后仍展现174.6 mAh·g-1的比容量,甚至在4.4 A·g-1的高倍率下容量仍保持在170 mAh·g-1。     

离子液体辅助条件下由稻壳合成超级电容器用多孔炭（英文）

本文以稻壳为碳源,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF_6)为模板和辅助活化剂制备了多孔炭材料(PCs).多孔炭的比表面积达1438 m~2·g~(-1),总孔容达0.75 cm~3·g~(-1).以PCs为超级电容器电极材料,6 mol·L~(-1)的KOH溶液为电解液组装成扣式电池,在0.05 A·g~(-1)的电流密度下,比电容高达256 F·g~(-1);当电流密度增大至10A·g~(-1),其比电容仍保持在211 F·g~(-1),展现出好的倍率性能.所得的多孔炭电极均表现出优异的循环稳定性.这一工作以BMIMPF_6作为模板和辅助活化剂,为合成生物质基超级电容器用多孔炭提供了一种新方法.     

氮氧共掺杂多孔炭的制备及其锌离子混合超级电容器性能研究

本研究以价格低廉、来源广泛的煤沥青作为炭前驱体、尿素作为氮源和模板、氢氧化钠作为活化剂,通过结合模板法与化学活化法成功制备了具有纳米片状结构的氮氧共掺杂的多孔炭材料。多孔炭电极在0.05 A/g时最大比容量高达255.5 m A·h/g,在电流密度为1 A/g时,放电比容量达到78 m A·h/g。经过12000次循环,容量保持率仍有72.4%,并且能量密度最高达到99.6 W·h/kg,展现出作为正极材料的巨大潜力。以煤沥青为原料制备的氮氧共掺杂多孔炭材料作为锌离子混合超级电容器的正极材料表现出了优异的电化学性能。     

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%。     

锂离子电池用三维氧化锡/石墨烯水凝胶负极材料

通过溶液水解反应在氧化石墨烯表面引入氧化锡(Sn O2)纳米颗粒,再经过自组装作用形成具有三维结构的氧化锡/石墨烯水凝胶(Sn O2-GH)负极材料。其中三维多孔的石墨烯水凝胶为碳质缓冲基体,Sn O2纳米颗粒为活性物质,其颗粒尺寸为2-3 nm,均匀分布在石墨烯层上,担载量可以达到54%(w,质量分数)。直接将该材料用作锂离子电池负极时,在5000 m A?g~(-1)的大电流密度下循环60次容量稳定在500 m Ah?g~(-1),电流减小到50 m A?g~(-1)循环80次后容量仍高达865 m Ah?g~(-1)。这些优异的循环稳定性和大电流充放电性能主要得益于三维石墨烯水凝胶的疏松、多孔结构和良好的导电性。石墨烯水凝胶能够提高电极比表面积,保证电解液对电极的浸润程度;内部空隙能够为锂离子的传输提供快速通道,缩短离子传输距离和时间。同时丰富的内部空间能够有效避免Sn O2纳米颗粒团聚,缓冲Sn O2巨大体积膨胀,维持电极结构的稳定性,是一种非常适于大电流充放电的锂离子电池负极材料。     

光沉积制备pSi@CoOx高性能锂离子电池负极材料

选用微米级商业硅铝合金粉末作为原料,采用酸刻蚀、光沉积和后续的还原过程制备了 CoO_x纳米片原位包覆的多孔硅复合材料。探究了不同光沉积时间对pSi@CoO_x材料形貌及其储锂性能的影响。CoO_x纳米片的引入有效改善了材料的导电性并提高了材料的结构稳定性,即使在1 A·g~(-1)的电流密度下循环200圈后,pSi@CoO_x-5的比容量仍能保持774.2 mAh·g~(-1)。     

锂离子电池正极材料线团状α-MnO_2的合成及电化学性能（英文）

以MnSO_4,(NH_4)_2S_2O_8为反应物,Ag~+作为催化剂的溶液相方法合成了线团状的α-MnO_2。采用XRD、SEM和TEM等手段对合成产物进行了表征。发现反应温度和反应时间对产物的结晶度和形貌有很大的影响。通过恒电流充电/放电测试和循环伏安法(CV)对最终产物的电化学性能进行了表征。结果表明,由于其独特的形态,25℃下反应2d的产物作为锂离子电池正极材料,表现出良好的循环稳定性(100次循环后放电比容量为124 m Ah·g~(-1))。线团状α-MnO_2在锂离子电池应用中可能是一个潜在的正极材料。     

ZnCo_2O_4纳米颗粒组装的毛线团状的微球用于锂离子电池负极材料（英文）

通过液相共沉淀法获得Zn和Co的前驱,经过600℃煅烧处理获得ZnCo_2O_4纳米颗粒组装的毛线团状的微球。电化学测试表明,在0.5 A·g~(-1)的电流密度下循环200次可逆比容量保持为965 m Ah·g~(-1);在0.8 A·g~(-1)的电流密度下循环350次可逆比容量保持为882 m Ah·g~(-1)。倍率性能测试表明在2 A·g~(-1)的电流密度时可逆比容量为736 m Ah·g~(-1)。