基于过渡金属硫化物/还原氧化石墨烯复合物的高性能超级电容器

组装高能量密度的非对称超级电容器需要使用比电容大、 体积变化小且循环稳定性好的电极材料. 过渡金属硫化物(TMSs)与纳米碳材料的复合物是此类电极材料之一. 采用水热法合成了由Cu-Mo硫化物在微波剥离的还原氧化石墨烯表面生长的复合材料(CuS-MoS₂/MErGO). 此复合材料在电流密度为2 A/g时具有高达861.5 F/g的比电容和良好的循环稳定性. 将1.6 V的电池电压施加在由NiS/MErGO为正极, CuS-MoS₂/MErGO为负极组装成的不对称超级电容器上时, 该电容器的功率密度为1.28 kW/kg, 且能量密度保持为54.2 W·h·kg^-1. 结果表明, TMS复合材料是一种很有前途的高性能电化学储能材料, 尤其是用于非对称超级电容器的组装.     

三氧化钼/活性炭钠离子电化学电容器

以三氧化钼(MoO3)作为负极材料,活性炭(AC)作为正极材料,组成混合型电化学电容器.研究电容器在1 mol/L NaPF6的碳酸丙烯酯(PC)中的电化学性能,其电位窗为0～3V,能量密度和功率密度分达到33.0 W·h/kg和595.6W/kg,经1000次循环后容量为第20次的93.8％,库仑效率在经过20次循环后到95.1％以上.     

MnO2电沉积直立碳纳米管制备超级电容器

以直立碳纳米管为基底,以pH=6.0的0.1 mol/L Na2SO4为底液,采用电化学沉积法在0.2 mol/L Mn(CH3COO)2溶液中制备了直立碳纳米管与MnO2复合材料. SEM测试结果表明,复合材料表面呈现多孔状结构. 通过循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法对复合材料修饰电极进行电容性质测试. 结果表明,在1 mol/L KCl溶液中,0～0.6 V(vs.Ag/AgCl参比)电位窗口内此复合材料表现出优良的超电容性能. 直立碳纳米管电极的比电容为16 F/g,在碳纳米管表面沉积上MnO2修饰层后,复合材料电极的比电容增大至330 F/g,比电容量大幅提升近20倍. 同时扫描200圈后,直立碳纳米管与MnO2复合材料的循环伏安曲线变化很小,具有相当好的循环寿命和电容稳定性能.     

镁热还原CO2气体制备介孔石墨烯及其电容特性研究

以CO_2为原料,采用金属镁热还原法,制备出富含介孔结构的石墨烯材料。分别利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱和N_2吸附-脱附等测试手段对材料的微观结构进行了表征。通过在镁粉中加入不同质量的MgO,可以实现对石墨烯形貌和孔结构的调控,当MgO/Mg质量比为8∶1时,产物(MRG-8)具有均一的介孔结构(4nm)。并对材料的电化学性能进行了测试,在1mol/L KOH的电解液中,MRG-8具有最高的比电容(171F/g),同时具有非常好的倍率特性,循环测试12000周,比电容保持率为94%。当采用[EMIM][BF4]离子液体作为电解液,以MRG-8为电极材料组装成的对称型超级电容器显示出超高功率密度(175k W/kg),对应的能量密度为28.1Wh/kg。因此,采用此方法制备的介孔石墨烯材料在高功率的超级电容器领域具有潜在的应用前景。     

二氧化锰/球形活性炭复合材料在有机系超级电容器中的应用

以Mn(NO3)2和中间相炭微球基球形活性炭（MSAC）为原料,采用热分解的方法成功制备了一种新型超级电容器用MnO2/MSAC球形复合材料。 通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对比分析了该复合材料的结构和形貌,并采用循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗（EIS）、循环充放电研究了电极的电化学性能。 结果表明,MnO2/MSAC球形复合物中的MnO2粒径为100~160 nm;在1 mol/L的LiPF6/(DMC+EC)（EC：乙烯碳酸酯;DMC：碳酸二甲酯) 有机电解液中MnO2/MSAC复合材料所组装的电容器的工作电压可达3.0 V,在0.002 A/cm2电流密度下,MnO2/MSAC球形复合材料的电容器和单纯MSAC材料的电容器的首次循环比容量分别为186和167 F/g,在循环过程中,MnO2/MSAC球形复合材料的电容器循环200次后充放电的库仑效率基本保持在95%以上。 此外,MnO2/MSAC球形复合材料的充放电曲线表现出典型的电容行为;循环伏安曲线也表现出良好矩型特征,同时具有较高的能量密度和良好的功率性能。     

SnO_2/石墨纳米片复合电极及其在超级电容器中的应用

在电场的作用下对石墨棒进行电化学剥离,使其表面形成相互平行排列,且垂直于石墨棒基底的二维(2D)石墨纳米片阵列(GNSA).然后通过阴极还原电沉积法制备Sn O2/石墨纳米片阵列(Sn O2/GNSA)复合电极.采用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱对其形貌和结构进行了表征.电化学测试表明该复合电极具有优异的超电容性能,在0.5 mol·L-1Li NO3电解质中,扫描速率为5 m V·s-1,电位窗口为1.4 V时,比电容达4015 F·m-2.由Sn O2/GNSA复合电极和相同电解质组装成的对称型超级电容器,在扫描速率为5 m V·s-1时,其电位窗口可增至1.8 V,能量密度达到0.41 Wh·m-2,循环5000圈后其比电容仍保持为初始比电容的81%.     

激光直写微型RGO/MWCNT/CF平面柔性超级电容器的制备及性能

将采用改性Hummers法制备的氧化石墨烯与多壁碳纳米管(MWCNT)复合, 通过激光直写的方法制备了以棉织物(Cotton fabric, CF)为基底的石墨烯复合碳纳米管的同心圆形织物柔性平面超级电容器(RGO/MWCNT/CF). 通过扫描电子显微镜、 X 射线衍射和拉曼光谱技术对RGO/MWCNT/CF进行了表征, 并对超级电容器的电导率和电化学性能进行了测试. 结果表明, 电极材料经激光还原后导电率达到了7.19×10 ⁴ S/m, 表现出良好的导电性能. 以RGO/MWCNT/CF为工作电极、 PVA/LiCl凝胶为电解质组装的超级电容器具有良好的电化学性能, 在电位窗口为0~1 V、 电流密度为40.8 mA/cm ²时比电容达到24 mF/cm ², 功率密度为61 mW·h/kg, 能量密度为1.22 mW·h/kg, 且循环1000次仍能保持92%的比电容.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳(IPC)为载体,水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰(MnO2),制备互通多孔碳/二氧化锰纳米(IPC/MnO2)复合电极材料.采用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD),热重分析(TGA)对其结构进行表征;采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究.结果表明:生成的MnO2均匀地负载在碳的表面,形成多层次结构,并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO2由纳米颗粒变为纳米片状结构;MnO2纳米片具有典型的K-Birnessite型晶体结构;复合物中MnO2的含量约为34%(w).在100°C制备的IPC/MnO2复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g-1;随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变.以IPC/MnO2为正极,活性炭(AC)为负极,1 mol·L-1Na2SO4溶液为电解液组装成IPC/MnO2//AC混合超级电容器,发现IPC/MnO2电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V,容量可达86F·g-1,且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.     

WO3/碳布柔性非对称超级电容器的组装及性能研究

以超级电容器的电极材料制备、性质研究及对组装的非对称超级电容器的性能研究为核心内容,提高超级电容器电化学性能为主要目的,采用水热合成法在碳布基底上合成三氧化钨/碳布和活化后的碳布为超级电容器的电极材料。采用SEM、XRD表征方法对制备的材料进行了形貌表征及物相分析;使用上海辰华电化学工作站对电极材料进行了循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学性能测试. 最终得到以三氧化钨/碳布为正极材料、活化后的碳布为负极材料组装成不对称柔性电容器,进行电化学测试,其电位窗口提高到0~1.6 V,电流密度61.9 mA·cm^-2时,电容达到58.96 F·cm-2,功率密度0.48 W·cm^-2时,能量密度为20.36 mWh·cm^-2,同时在电流密度8 mA·cm^-2时,循环3000次时表现出良好的循环性能,相较于对称型超级电容器,倍率性能更加优异.     

GO/ZIF-67模板制备rGO/NiCo2S4及高性能不对称超级电容器

以氧化石墨烯(GO)为基底,在GO表面原位生长ZIF-67并作为模板,经硝酸镍刻蚀、碳化、水热硫化制得rGO/NiCo_2S_4复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)表征复合材料的结构与形貌。随后将rGO/NiCo_2S_4复合材料制成正极材料,测试其电化学性能,测试结果显示:rGO/NiCo_2S_4-1.5 h电极材料在1 A·g~(-1)的电流密度下,其比电容值高达1 577 F·g~(-1),当电流密度达到10 A·g~(-1)时,倍率性能为86.4%,在10 A·g~(-1)的电流密度下循环2 000次后,电容保持率为76.9%。另外,在6 mol·L-1KOH电解液中,由AC//rGO/NiCo_2S_4-1.5 h组成的不对称电容器在功率密度为723 W·kg~(-1)时,能量密度为33 Wh·kg~(-1);在高功率密度为7 277 W·kg~(-1)时,能量密度仍保持为23 Wh·kg~(-1)。     

MnO2电沉积直立碳纳米管制备超级电容器的研究

以直立碳纳米管为基底,以pH=6.0的0.1mol/L Na2SO4 为底液,采用电化学沉积法在0.2 mol/L Mn(CH3COO)2溶液中制备了直立碳纳米管与二氧化锰复合材料。SEM测试结果表明复合材料表面呈现多孔状结构。通过循环伏安,恒流充放电,交流阻抗等电化学方法对复合材料修饰电极进行电容性质测试。实验结果表明,在1mol/L KCl 溶液中,0-0.6V(vs. 银/氯化银参比)电位窗口内此复合材料表现出优良的超电容性能。直立碳纳米管电极的比电容为16 F/g,在碳纳米管表面沉积上二氧化锰修饰层后,此复合材料电极的比电容增大至330 F/g,比电容量大幅提升近20倍。同时扫描200圈后,直立碳纳米管与二氧化锰复合材料的循环伏安曲线变化很小,说明其具有相当好的循环寿命和电容稳定性能。     

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％.     

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.     

High-voltage aqueous symmetric electrochemical capacitor based on Ru0.7Sn0.3O2·nH2O electrodes in 1 M KOH

A mild hydrothermal process is applied to synthesize hydrous ruthenium–tin binary oxides (Ru_0.7Sn_0.3O₂·nH₂O) with good capacitive performance in alkaline system. Then, a symmetric electrochemical capacitor (EC) is fabricated based on the as-synthesized Ru_0.7Sn_0.3O₂·nH₂O material and 1 M KOH aqueous electrolyte. Electrochemical performance of the symmetric EC is investigated by cyclic voltammetry, galvanostatic charge–discharge and electrochemical impedance spectroscopy tests. Electrochemical tests demonstrate that the symmetric EC surprisingly can operate with a high upper cell voltage limit of 1.45 V in 1 M KOH electrolyte. Maximum specific capacitance and energy density of the symmetric aqueous EC are approximately 160 F/g and 21 Wh/kg, respectively, delivered at a current density of 1.25 A/g. And the specific energy density decreases to approximately 15 Wh/kg when the specific power density increases up to approximately 1,770 W/kg. The promising specific energy and power densities are obtained simultaneously for the unwonted symmetric EC due to its larger operating potential range. Moreover, the symmetric EC exhibits electrochemical stability with 85.2% of the initial capacitance over consecutive 1,000 cycle numbers.     

聚乙撑二氧噻吩/二氧化锰纳米复合物的界面聚合制备及其电化学性能

采用界面聚合法制备聚3,4-乙撑二氧噻吩/二氧化锰(PEDOT/MnO2)纳米复合物. 通过红外(IR)光谱、X射线衍射(XRD)、BET比表面积、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征. 结果表明, 产物是具有丰富的多孔孔道结构的无定型纳米材料, 孔径主要分布在5-25 nm范围内, 比表面积可达98 m2·g-1. 同时用循环伏安(CV)、恒流充放电和交流阻抗(EIS)等电化学测试表明, 在0.5 mol·L-1 Na2SO4溶液中, -0.2 - 0.8 V(vs SCE)的电化学窗口下, PEDOT/MnO2纳米复合物显示出良好的电化学性能, 当电流密度为0.5 A·g-1时, 所制备的PEDOT/MnO2单电极比容量达196.3 F·g-1, 500次循环后样品放电比容量保持90%左右.     

Enhancement of the electrocapacitive performance of manganese dioxide by introducing a microporous carbon spheres network

An amorphous MnO(2)·nH(2)O/microporous carbon spheres (α-MnO(2)·nH(2)O/MCS) composite electrode material is prepared by a chemical co-precipitation method. It is observed that the amorphous MnO(2) particles are deposited on the surface of the MCS, which form a network with a uniquely developed three-dimensional open porous system containing macropores, mesopores and micropores. The electrochemical measurements reveal that the composite electrode material presents a much more stable and reversible capacitance behavior compared to the pure α-MnO(2)·nH(2)O in 1 M of Na(2)SO(4) electrolyte. The composite containing 25 wt% MCS exhibits optimal specific capacitance of 218.2 F g(-1) at 2 mV s(-1), and is still as high as 112.4 F g(-1) at 100 mV s(-1), while a drastic reduction from 197.0 F g(-1) at 2 mV s(-1) to only 40.7 F g(-1) at 100 mV s(-1) occurs for the pure α-MnO(2)·nH(2)O. The composite also shows a rather high electrode-specific capacitance of 3.13 F cm(-2) and a long cycle life. The remarkable enhancement in the electrochemical performance is mainly attributed to the microporous structure of the MCS contributing to the deposition of MnO(2) particles on the surface of the MCS, and the uniquely developed porous network of the composite facilitating the rapid transport of the electrolyte. These factors result in the high electrochemical utilization of MnO(2), a great reduction of the equivalent series resistance, and hence the relatively high and stable electrochemical behavior.     

MnO_2/聚苯胺复合材料的电化学电容

以P123为模板剂,软模板法制备出纳米MnO2.酸性条件下引入苯胺并聚合,得到了MnO2/聚苯胺复合材料.X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR),扫描电子显微镜(SEM)表征观察样品的结构、形貌.循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等测试MnO2/聚苯胺电极的电化学性能.结果表明:引入苯胺改变了样品纳米MnO2的形貌.MnO2/聚苯胺电极比容量高达190.8F·g-1,500次循环电极比容量仅衰减4.7%,库仑效率均保持在97%以上.     

Co(OH)_2/NaY复合材料的制备及其超级电容性能

应用化学共沉淀法制备Co(OH)2/NaY复合材料,并以其组成超级电容器.测试结果表明,该材料具有良好的超级电容性能,Co(OH)2的最高比电容达632.5 F.g-1.     

互通多孔碳/二氧化锰纳米复合材料的原位水热合成及电化学性能

以互通多孔碳（IPC）为载体，水热条件下在碳表面原位反应生成纳米结构的二氧化锰（MnO₂），制备互通多孔碳/二氧化锰纳米（IPC/MnO₂）复合电极材料. 采用扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM），X射线衍射（XRD），热重分析（TGA）对其结构进行表征；采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究. 结果表明：生成的MnO₂均匀地负载在碳的表面，形成多层次结构，并且随着温度的升高IPC表面负载的MnO₂由纳米颗粒变为纳米片状结构；MnO₂纳米片具有典型的K-Birnessite 型晶体结构；复合物中MnO₂的含量约为34%（w）. 在100 ℃制备的IPC/MnO₂复合材料在三电极系统中最高比电容达到了411 F·g^-1；随着反应温度的升高,比容量先增长后基本保持不变. 以IPC/MnO₂为正极，活性炭（AC）为负极，1 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液为电解液组装成IPC/MnO₂//AC 混合超级电容器，发现IPC/MnO₂电极的电容器其电位窗口从1 V扩展到1.8 V，容量可达86F·g^-1，且表现出良好的电容特性和大电流放电性能.