海藻基微孔碳材料的储甲烷性能

以天然海藻为原料,通过自活化制备了碳材料Sar CW-900-HF及Lam CW-900-HF,并对其进行表征和储甲烷能力测试.其比表面积分别为812和671 m~2/g,孔体积分别为0. 45和0. 44 cm~3/g,孔分布的峰值均在1. 1 nm,在室温及3. 5 MPa压强下储甲烷的能力分别为272 mg/g (质量比21. 3%)和246 mg/g (质量比19. 4%),经20 MPa压强压片后吸附甲烷体积比达到274和449 cm~3(STP)/cm~3,超过美国能源部提出的吸附剂的指标[263 cm~3(STP)/cm~3].     

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.     

肝素钠掺杂球状聚吡咯的合成及其电化学电容

以生物制剂肝素钠为掺杂剂,由自组装方法合成出平均粒径为100 nm的球状聚吡咯(PPy),用作超级电容器电极材料.透射电镜(TEM)、循环伏安、恒流充放电和电化学交流阻抗测试表明,肝素钠掺杂聚吡咯呈现较好的形貌和电容性质,在电流密度3 mA/cm2下充放电,单电极比电容达到338 F/g.     

α-MnO2微球的制备及其电化学电容性质

以Ag片作催化剂在室温下制备了具有较高比表面积(177m2/g)的电化学电容器材料MnO2。XRD测试和SEM分析表明,所制备的MnO2为纳米纤维组成的仙人球状微球结构的α-MnO2。交流阻抗、循环伏安、恒流充放电和循环寿命等电化学测试均表明,所合成的α-MnO2微球在1mol/LNa2SO4水溶液中具有良好的电化学电容性能,单电极比电容可达187.1F/g,经1000次循环后电极容量仍保持在90%以上。     

不同工作介质下二氧化锰/膨胀石墨复合材料的电化学电容器行为

研究了氧化还原法制备二氧化锰/膨胀石墨复合材料用作电化学电容器, 利用热重分析、比表面及X射线衍射方法对材料的组成及结构进行了表征, 利用三电极循环伏安及充放电循环法研究了材料在硫酸钠、氯化钠、氯化钾及硝酸钾不同电解质中的电化学行为. 研究结果表明, 二氧化锰以非晶态的形式在复合材料中存在, 膨胀石墨起良好电导作用, 随其用量的增加, 复合材料的比表面下降, 但二氧化锰的比电容增加. 不同工作介质中电化学行为显示, 复合材料电化学行为的不同主要跟阳离子的种类有关. 在钠离子电解质中, 复合材料电极体现较高的表观电容和真实电容, 在钾盐电解质体系中, 复合材料电极的电流响应速度比较快, 这是由于钠盐和钾盐溶液具有不同的水合数、水合半径和电导率. 当复合材料中膨胀石墨的用量为24%左右时, 复合材料在2 mV/s扫描速度下, 在1 mol/L Na₂SO₄溶液中体现的比电容为220 F/g, 复合材料显示优良的循环性能.     

交联多孔结构Mn~(2+)掺杂聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及超级电容特性

采用简单的原位氧化聚合法成功制备了Mn2+掺杂聚苯胺/还原氧化石墨烯(Mn2+-PANI/r GO)复合物电极材料,利用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、扫描电镜和电化学测试等手段对其结构、形貌和电化学电容性能进行了分析研究。结果表明,纳米棒状的锰离子掺杂态聚苯胺均匀分散在褶皱的石墨烯中,形成交联状的多孔结构。当电流密度为2A/g时,电极的放电比容量高达952 F/g,循环1000次后初始比电容的保持率为86.2%。过渡金属和石墨烯的加入提高了电极材料的电化学性能,高的比电容和优良的循环稳定性使Mn2+-PANI/r GO复合物在超级电容器中有很好的应用前景。     

聚吡咯/还原氧化石墨烯复合物的合成及电容性能

通过原位聚合方法制备不同配比的聚吡咯/氧化石墨（PPy/GO）复合物,将其用NaBH4还原得到聚吡咯/还原氧化石墨烯(PPy/RGO)复合物,采用X射线衍射、红外光谱和场发射扫描电子显微镜（FESEM）对其结构和形貌进行物理表征。 采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等电化学方法系统研究了所制备样品的电化学性能。 实验结果表明,在电流密度为0.5 A/g、吡咯（Py）与GO质量比为95∶5时,得到的复合物还原前后比电容分别可达401.5和314.5 F/g,远高于单纯的GO（34.8 F/g）和PPy（267.5 F/g）。 经过1200圈循环稳定性测试后,PPy/RGO复合物比电容保持了原来的62.5%,与PPy和PPy/GO（电容保持率分别为16.8%和46.4%）相比,PPy/RGO表现出更好的循环稳定性能,有望成为超级电容器电极材料。     

自活化乌拉草基多孔碳的制备和电化学性质

以乌拉草为原料,采用直接碳化方法,通过热解过程中前驱体自活化(即利用自身包含的活化剂实现分子内的化学活化),并经过必要的除杂过程制备了多孔碳材料Ula C-950-HF.测试了该多孔碳的电化学性质,并与以几种常见的生物质为原料制备的多孔碳材料及商用活性炭的电化学性质进行对比.结果表明,乌拉草基多孔碳材料Ula C-950-HF的电容值为113 F/g,经过4000次循环后,材料的电容值仅降低了4 F/g,显示出用作超级电容器电极材料的潜力.     

高比能超级电容器的研究进展

与传统蓄电池相比,超级电容器具有高功率密度、长循环寿命和使用温度范围宽等优势,但其能量密度较低.本文对超级电容器的结构、分类以及发展状况进行了简要介绍,重点阐述了本实验室近年来在研制高性能超级电容器方面的相关工作.主要从两个方面来提高超级电容器的能量密度:(1)通过采用中性水系电解液、有机电解液和离子液体提高对称型碳基超级电容器的电压窗口;(2)应用非对称型超级电容器,即一个电极采用具有法拉第赝电容电极材料或电池电极材料,而另一个电极则采用具有双电层电容的电极材料.同时介绍了由锂离子电池电极材料/活性炭作为正极,石墨作为负极组成的锂离子混合型超级电容器.最后,对超级电容器的发展方向进行了展望.     

生物质巨菌草衍生炭的合成及在超级电容器中的应用

将巨菌草低温预碳化处理,得到粉末炭质材料(JPC),再用不同比例的KOH在不同温度下进行活化处理,得到了以微孔和介孔分布为主的无定形炭材料(JPCK1).所合成的炭材料JPCK1-900-4X的比表面积高达3368 m²/g,具有较大的孔隙体积和0.95%(原子分数)的氮含量.电化学测试结果表明,JPCK1-900-4X在超级电容器应用中表现出优异的储能潜力;在电流密度为0.5 A/g时其比电容为311.7 F/g,电流密度提高到10 A/g时比电容为230 F/g;在电流密度为10 A/g时经过5000次充放电循环后其电容保持率为97.5%;在两电极体系下,当功率密度为250 W/kg时,其能量密度可达17.7 W·h/kg.     

高功率超级电容器用介孔炭电极材料

以纳米CaCO3为模板、蔗糖为前躯体制备超级电容器用介孔炭电极材料.材料的结构由氮吸附、TEM表征,借助恒流充放电、循环伏安和交流阻抗评价了其在6 mol.L-1KOH电解液中的电化学电容性能.结果表明,蔗糖基介孔炭的比表面积606 m2/g,富含10~30 nm的介孔.恒流放电法测得介孔炭在电流密度50 mA/g下的比电容为125 F/g,大电流倍率性能特别突出.电流密度增大到20 000 mA/g,比电容还保持有88F/g,远高于进口电容炭,该介孔炭是一种很有前景的高功率超级电容器炭电极材料.     

Co-Al双金属硫化物/泡沫镍电极材料的制备及其超级电容性能研究

采用两步水热法直接将Co-Al双金属硫化物生长在泡沫镍上,成功制备了CoAl_2S_4/Ni电极材料。利用X射线衍射、扫描电镜和电化学测试等手段对其结构、形貌和超级电容性能进行了表征。结果表明,CoAl_2S_4/Ni电极材料呈现花瓣状的三维多孔结构,表面粗糙,这种结构有利于电解液和电极材料的充分接触,具有良好的导电性和比电容性能;当电流密度为1A/g时,电极的放电比容量高达2187.1F/g,循环100次后比电容的保持率为90.1%。相关研究可为超级电容器电极材料的制备及性能研究提供思路。     

硅/石墨复合物用作锂离子电池负极材料

以石墨和纳米硅粉为原料, 利用机械球磨的方法制备了硅/石墨复合物, 用作锂离子电池负极材料. 采用XRD, SEM以及电化学测试等手段对材料进行了结构表征和性能测试. 通过球磨不同质量比的硅和石墨, 并对相应的复合物进行充放电测试, 寻找到了硅和石墨的最佳比例, 其值为1∶9. 实验结果表明, 所得材料既具备高于纯纳米硅的循环性能, 又具有比石墨高的可逆容量.     

Mn_3O_4/氧化石墨烯纳米复合物的制备及其超级电容性能

利用锰前驱体与氧化石墨烯(GO)原位反应制备了Mn3O4/GO纳米复合物超级电容器电极材料;采用扫描电镜、透射电镜及X射线衍射仪分析了纳米复合物的形貌和结构;并利用交流阻抗分析及充放电测试测定了纳米复合材料的电化学性质和电容性质.结果表明,引入氧化石墨烯可增强纳米复合物的导电性及稳定性,提高Mn3O4的电容特性,从而使得纳米复合物具有较高的比电容(350F/g)和较长的循环寿命(超过1 000次).     

聚吡咯包裹碳化硅气凝胶复合材料的电化学和吸波性能

聚吡咯(polypyrrole, PPy)由于具有高比电容、高电导率、高柔韧性和结构多样性而被用作超级电容器的电极材料,而且可以与其他材料复合,能够提高介电损耗从而提高吸波性能。采用化学原位聚合法,合成了PPy包覆SiC气凝胶复合材料,有效解决了PPy在充放电过程中因离子的掺杂和去掺杂而变得不稳定,导致PPy基超级电容器循环稳定性下降等问题。用三电极体系测试复合材料的电化学性能,用矢量网络分析仪进行电磁参数测试。结果表明,在0.5 A·g^-1的电流密度下比电容达309.65F·g^-1,在1000次循环后比电容保持率为94.2%,具有良好的循环稳定性;气凝胶经历了100次砝码的反复压能保持95%的高度,抗压强度可达105 kPa;在2.2 GHz的有效吸收强度为22.32 dB,而PPy只有8.99 dB,有效提高了吸收强度。因此,SiC/PPy复合材料是很有应用前景的超级电容器电极材料和电磁波吸收材料。     

离子热法合成二维共价有机框架材料及其电化学性能

以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑鎓硫酸乙酯盐（[Emim]ESe）为溶剂,通过常压缩聚合成两种二维（2D）共价有机框架材料（COFs）,分别被记为BTA-TAPT COF和TFPB-TAPT COF。将TFPB-TAPT COF材料组装到三电极体系中,对该材料的电化学性能进行研究。结果表明：在电压窗口为0~1 V,电流密度为0.5 A/g时,质量比电容为96 F/g。此外,TFPB-TAPT COF材料表现出良好的循环稳定性,在电流密度为0.5 A/g下循环5000次,具有93 F/g的初始质量比电容,经5000次循环后仍有62 F/g（初始值的67%）的质量比电容。     

吡咯-(3,4-乙烯二氧噻吩)共聚物有序纳米阵列薄膜的制备及表征

采用阳极氧化铝(AAO)模板电化学沉积方法, 合成了1种新型吡咯-(3,4-乙烯二氧噻吩)(PE)共聚物纳米线阵列薄膜, 作为锂离子电池电极材料, 其表现出较高的比容量(1426.1 mA·h/g, 充放电电流密度为100 mA/g)和很好的循环稳定性(在充放电循环300圈之后, 比容量仍然保持在1400 mA·h/g以上). 这种多组分共聚物纳米线阵列有可能成为下一代长寿命、 高性能的锂离子电池电极材料而被广泛开发.     

PANi电极在不同电解液中的电化学电容性能研究

应用化学氧化聚合法制备了超级电容器用聚苯胺电极材料.FTIR、SEM及电化学电容测试表明:聚苯胺由纳米颗粒堆积而成,颗粒大小50nm左右;在H2SO4、NaNO3或KOH电解液(浓度均为1mol/L)中,5mA/cm2电流密度下,PANi电极比电容分别为404F/g、208F/g和279F/g;如H2SO4浓度升高至2mol/L或6mol/L,比电容明显下降,仅为330F/g或248F/g.     

季铵盐掺杂聚苯胺电极的电容性能

采用循环伏安法,在铂电极表面聚合制备了季铵盐[CnH2n+1N(CH3)3]Cl(n=12,14,16,18)掺杂的聚苯胺修饰电极。 利用扫描电子显微镜、红外光谱以及X射线衍射对复合电极的表面形貌和结构进行了表征。 用循环伏安法、交流阻抗和恒电流充放电测试对电极的电化学性质和电容行为进行了系统研究。 结果表明,其中[C18H37N(CH3)3]Cl季铵盐掺杂的聚苯胺复合电极比表面积大,电容性能好,在2×10-3 A的充电电流下,初始比电容高达329.6 F/g,未掺杂电极比电容为199.0 F/g。 而且,复合电极的循环稳定性良好,经30次循环后比电容保持为252.4 F/g。     

石墨烯/聚吡咯纳米纤维超级电容器电极材料的制备及其电化学性能

超级电容器因其具有较高的循环稳定性和较好的能量密度而成为储能器件中的研究热点,其电极材料及制备方法是决定超级电容器电化学性能的关键因素。 本文以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为软模板,通过一步原位聚合法成功地制备了石墨烯/聚吡咯纳米纤维(GR/PPy NF)复合超级电容器电极材料。 通过X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对复合材料的结构和形态进行了系统的表征。 利用电化学方法对GR/PPy NF复合电极材料的电化学性能进行了系统的分析。 结果表明,在电流密度0.5 A/g下,纳米复合材料的比电容量高达969.5 F/g,在充放电600圈之后,仍可保留初始比电容的88%,展示了良好的电容性能及循环稳定性。 GR/PPy NF制备简单,性能优异,是一种很有前途的能量转换/存储材料。