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%.     

碳纤维布载三维网状聚苯胺在RCl(R=H,Li,Na,K)水溶液中的电容性能对比

通过电化学聚合法制备了碳纤维布载三维网状聚苯胺电极,采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和X射线光电子能谱仪观察了电极形貌,并分析了电极表面特征基团。 接着,对比研究了该电极在4种RCl(R=H,Li,Na,K)水溶液中的电容性能。 电化学测试表明,在KCl中的电势窗口(1.8 V)大于在HCl和LiCl中的电势窗口,且在KCl中的比电容(501 F/g@0.5 A/g)远远大于NaCl中的比电容;即使在10 A/g的充放电电流下,电极在KCl溶液中的能量密度仍高于HCl溶液中2.0 A/g下的能量密度,因此KCl为聚苯胺基电容器最佳的电解质类型。 本文通过简单地改变水系溶液中电解质的种类,即可达到拓宽电势窗口、显著提升电化学电容器能量密度的目的,避免了使用有机溶液带来的物理化学稳定性差、污染环境的问题。     

石墨烯/聚3，4-乙烯二氧噻吩复合物的电化学制备及其在超级电容器中的应用

首次提出了一种在离子液体中在石墨烯表面用恒电流法聚合3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)单体制备石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩(石墨烯/PEDOT)复合物的方法。用原子力显微镜、扫描电镜等技术表征证明石墨烯/PEDOT复合物是由PEDOT纳米谷粒状颗粒分散在石墨烯片表面而组成的。将该复合物用作超级电容器电极材料时,在1.0 A.g-1的充放电比电流下得到的比电容值为181 F.g-1。同时,该材料还显现出较好的充放电可逆性和稳定性。     

碳纳米管/聚苯胺/石墨烯复合纳米碳纸及其电化学电容行为

通过真空抽滤的方法制备碳纳米管纸,并对其进行循环伏安电化学氧化处理.以该电化学氧化处理的碳纳米管(CV-CNT)纸为基体,采用电化学聚合沉积聚苯胺(PANI),随后吸附石墨烯(GR),制备具有三明治夹心结构的碳纳米管/聚苯胺/石墨烯(CV-CNT/PANI/GR)复合纳米碳纸.该结构外层为GR,内层由PANI包裹的CNT形成网络骨架,充分发挥三者各自优势构建柔性电极材料.用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱对其形貌与结构进行表征,并测试其电化学性能.研究发现:PANI呈纳米晶须状,并均匀包裹在CV-CNT表面;该复合碳纸具有良好的电容特性、大电流充放电特性以及良好的循环稳定性能.电流密度为0.5A·g-1时,比电容可达415F·g-1;20A·g-1时仍能保持106F·g-1的比电容.由于GR的保护作用,1000次循环之后较CV-CNT/PANI保持更高的有效比电容.该CV-CNT/PANI/GR复合碳纸展现出在高性能超级电容器柔性电极材料的潜在应用价值.     

自支撑三维功能化石墨烯/聚苯胺电极材料的制备及超级电容性能

采用水热法制备了三维石墨烯(3D-G),并以十八胺(ODA)为接枝剂对部分还原的氧化石墨烯进行氨基化处理,再利用原位聚合法在氨基化石墨烯表面生长聚苯胺,制备了十八胺功能化石墨烯/聚苯胺(G-ODA/PANI).对材料进行了结构表征、电化学性能分析和材料结构的比电容贡献分析.结果显示,电极材料的电容贡献大部分体现为材料的表面电容,G-ODA/PANI电极片在1 A/g电流密度时的比电容最高可达1080 F/g,是未功能化石墨烯/聚苯胺电极材料(G/PANI)的2.57倍,且循环稳定性也有很大的提高,循环10000周后的比容量保持率为90.8%,比G/PANI高9.6%.     

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。     

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.     

Ni-Fe/Ti和Ni-Fe-S/Ti的制备及其电催化水分解性能

以钛网为基底,采用电沉积法制备了Ni-Fe/Ti析氧电极,然后将得到的Ni-Fe/Ti电极通过固相硫化制备了Ni-Fe-S/Ti析氢电极. 分别考察了电沉积液中Ni ²⁺/Fe ³⁺离子摩尔浓度比和硫脲加入量对Ni-Fe/Ti和Ni-Fe-S/Ti结构和电化学性能的影响. 结果表明,随着电沉积液中Ni ²⁺含量的增加,Ni-Fe/Ti电极析氧性能先增强后减弱,Ni9Fe1/Ti电极具有最好的析氧性能;随着硫脲加入量的增加,Ni-Fe-S/Ti电极析氢性能呈现先增强后减弱的趋势,Ni9Fe1S0.25/Ti电极具有最好的析氢性能. 在50 mA·cm ^-2下,Ni9Fe1/Ti电极的析氧过电位为280 mV,Ni9Fe1S0.25/Ti电极的析氢过电位为269 mV,且均具有很好的稳定性. 将Ni9Fe1/Ti与Ni9Fe1S0.25/Ti分别作为阳极和阴极进行电催化全水分解,电流密度达到50 mA·cm ^-2所需电势仅1.69 V,表现出很好的全水解催化性能.     

电致变色型导电聚苯胺固态超级电容器的构建与性能研究

以苯胺硫酸溶液为沉积液,导电玻璃(FTO)为基底材料,在-0.2~1.2 V范围内先电位扫描一圈生成聚苯胺(PANI)晶种,然后在-0.2~0.8 V范围内用循环伏安法电沉积导电PANI材料.所得样品用红外光谱和扫描电子显微镜进行结构表征;以最佳循环伏安电沉积条件制备的PANI/FTO为活性电极,以H_2SO_4/聚乙烯醇(H2SO4/PVA)为凝胶电解质组装了电化学电容器,通过循环伏安、恒电流充放电和电化学阻抗法研究了组装电化学电容器的电化学性能.研究结果表明,以H_2SO_4/PVA凝胶电解质,沉积于导电玻璃表面的PANI活性电极材料的面比电容可达172.7 m F/cm~2,并且在2000次充放电以后,比电容值仍可保留初始值的92.8%.以分区沉积有PANI的导电玻璃可组装制备通过变色显示充放电过程的电化学电容器,在充电时,其颜色逐渐从浅绿色向深绿色转变,放电时,颜色逐渐从深绿色向浅绿色转变.     

Pt/PMo12/PEDOT/GC电极的制备及其甲醇电氧化性能

将磷钼酸(PMo12)修饰到电化学聚合制得的聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)(PEDOT/GC)膜表面(PMo12/PEDOT/GC),随后电沉积Pt得Pt/PMo12/PEDOT/GC电极.研究了PMo12和PEDOT对电极氧化甲醇性能的影响.结果表明,PMo12改变了电极上负载Pt的形态和结构,导致Pt纳米结构边缘产生尖锐的刺状结构.Pt/PMo12/PEDOT/GC和Pt/PEDOT/GC电极有较好的甲醇氧化电催化活性,而前者尤佳.PEDOT不仅提高甲醇氧化的电流,还使甲醇的起始氧化电位负移.进一步修饰PMo12后,可明显增大甲醇氧化的电流.     

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。     

空心六边形镍钴硫化物/RGO复合物的合成及其超级电容性能

通过两步法制备了一种空心六边形镍钴硫化物（HHNCS）与还原氧化石墨烯（RGO）的纳米复合材料HHNCS/RGO。利用XRD,SEM,TEM和Raman光谱等对复合物进行表征,发现镍钴硫化物为空心六边形结构,并且均匀地附着在RGO的表面。该纳米复合物用作超级电容器电极表现出优异的电化学性能。在电流密度为1 A·g^-1时比电容为927 F·g^-1;当电流密度增大到20 A·g^-1时,比电容仍高达724 F·g^-1,表明材料拥有较好的倍率性能。此外,在电流密度5 A·g^-1下循环2000次后比电容保留有初始值的93%,显示出优异的循环稳定性。HHNCS/RGO优异的电容性能主要是由于RGO的存在不仅增强了材料的导电性,而且作为理想的载体分散HHNCS纳米片。HHNCS/RGO纳米复合物优异的电化学性能使其在超级电容器电极材料领域具有应用前景。     

空心六边形镍钴硫化物/RGO复合物的合成及其超级电容性能

通过两步法制备了一种空心六边形镍钴硫化物(HHNCS)与还原氧化石墨烯(RGO)的纳米复合材料HHNCS/RGO。利用XRD,SEM,TEM和Raman光谱等对复合物进行表征,发现镍钴硫化物为空心六边形结构,并且均匀地附着在RGO的表面。该纳米复合物用作超级电容器电极表现出优异的电化学性能。在电流密度为1 A·g-1时比电容为927 F·g-1;当电流密度增大到20 A·g-1时,比电容仍高达724 F·g-1,表明材料拥有较好的倍率性能。此外,在电流密度5 A·g-1下循环2 000次后比电容保留有初始值的93%,显示出优异的循环稳定性。HHNCS/RGO优异的电容性能主要是由于RGO的存在不仅增强了材料的导电性,而且作为理想的载体分散HHNCS纳米片。HHNCS/RGO纳米复合物优异的电化学性能使其在超级电容器电极材料领域具有应用前景。     

Electrochemical performance of Co–Al layered double hydroxide nanosheets mixed with multiwall carbon nanotubes

Regular hexagonal Co–Al layered double hydroxides (Co–Al LDH) were synthesized by urea-induced homogeneous precipitation. This material proved to be nanosheets by scanning electron microscopy and X-ray diffraction measurements. The electrochemical capacitive behavior of the nanosheets in 1 M KOH solution were evaluated by constant current charge/discharge and cyclic voltammetric measurements, showing a large specific capacitance of 192 F·g⁻¹ even at the high current density of 2 A·g⁻¹. When multiwall carbon nanotubes (MWNTs) were mixed with the Co–Al LDH, it was found that the specific capacitance and long-life performance of all composite electrodes at high current density are superior to pure LDH electrode. When the added MWNTs content is 10 wt%, the specific capacitance increases to 342.4 F·g⁻¹ and remains at a value of 304 F·g⁻¹ until the 400th cycle at 2 A·g⁻¹, showing that this is a promising electrode material for supercapacitors working at heavy load. According to the electrochemical impedance spectra, MWNTs greatly increase the electronic conductivity between MWNTs and the surface of Co–Al LDH, which consequently facilitates the access of ions in the electrolyte and electrons to the electrode/electrolyte interface.     

石墨烯/硫酸铅复合材料的制备及其在铅酸电池中的电化学性能

利用简单的浸渍法制备了石墨烯/硫酸铅复合材料,使得硫酸铅可以直接用作铅酸电池负极材料。该复合材料分别以100 mA.g-1、200 mA.g-1和300 mA.g-1电流密度放电时,平均放电比容量分别可达到110、94和69 mAh.g-1,而硫酸铅仅为49、5和0.5 mAh.g-1,显示出复合材料在高倍率充放电下更好的比容量和再接受充电能力。循环伏安测试表明石墨烯的电容效应随扫描速率增大而增强,同时析氢也变得严重,使得复合材料在充放电过程中充电效率比纯硫酸铅低20%。在充放电过程中,石墨烯能够提高硫酸铅1倍以上的放电容量,并将充电电压提高0.1 V。XRD和SEM结果显示硫酸铅均匀分布在石墨烯片层上,没有出现团聚现象。     

絮状三元镍钴铁氢氧化物电极材料的制备及其电化学储能性能

采用一步溶剂热法在泡沫镍(NF)基底上合成了镍钴氢氧化物、镍铁氢氧化物及镍钴铁氢氧化物3种电极材料,并对其电化学性能进行测试,结果表明:三元镍钴铁金属电极的储能性能要远大于其他2种二元金属电极,其在2 mA·cm-2电流密度下能达到5.11 F·cm-2的面积比电容,并且构筑的非对称超级电容器在功率密度为46.814 ...     

氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片构筑高性能超级电容器

首先采用溶液法在碳布上生长Co-MOF二维纳米片,通过高温退火和刻蚀后得到MOF衍生多孔碳纳米片。以Co-MOF衍生的多孔碳纳米片/碳布(CNS/CC)作为碳基骨架,采用电化学沉积法负载高活性氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs),制备得到分级多孔结构的N-GQD/CNS/CC复合材料。组装成自支撑且无粘结剂的N-GQD/CNS/CC电极,当电流密度为1 A·g~(-1)时,其比电容高达423 F·g~(-1)。通过储能机制和电容贡献机制的研究表明,在碳纤维上原位生长的具有高双电层电容的CNS和表面负载具有高赝电容的N-GQDs之间相互协同作用,使得N-GQD/CNS/CC电极具有高电容性能,是一种理想的超级电容器电极材料。电极材料的高导电、分级多孔结构有利于电子的传输和电解质离子的扩散,具有良好的动力学性能,能快速充放电和具有优异的倍率特性。将电极组装成对称型超级电容器,功率密度为250 W·kg~(-1)时对应的能量密度达到7.9 Wh·kg~(-1),且经过10 000次循环后电容保持率为91.2%,说明氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片复合材料是一种电化学性能稳定的具有高电容性能的全碳电极材料。     

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。     

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。     

高性能NiCoP基超级电容器电化学性能

采用水热和低温磷化反应两步法,在无添加沉淀剂条件下成功在泡沫镍上合成纳米花状镍钴磷化物(NiCoP/NF)。研究结果表明,镍/钴元素物质的量之比为1∶1时,在1 A·g~(-1)电流密度下,Ni_(1/2)Co_(1/2)P/NF的比容量高达1 276.36 F·g~(-1),在10 A·g~(-1)电流密度下充放电循环3 000次后,比容量保持率为78.23%。此外,以Ni_(1/2)Co_(1/2)P/NF为正极,活性炭(AC)为负极组装的非对称超级电容器(Ni_(1/2)Co_(1/2)P/NF//AC/NF)在725 W·kg~(-1)的功率密度下,能量密度高达36.25 Wh·kg~(-1)。