石墨烯/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及在超级电容器中的应用

本研究以低成本、易规模化的亲水性石墨烯/氧化石墨烯为前驱体,通过原位聚合的方法制备石墨烯/氧化石墨烯/聚苯胺复合材料,经过化学还原后制备得到石墨烯/还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶红外变化光谱仪(FT-IR)对制备的材料进行了结构和形貌的表征.运用循环伏安法...     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了 269.33 F·g^-1和 350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在 10.0 A·g^-1时仍能达到 215.88 F·g^-1和 280.62 F·cm^-3(其初始值的 80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和 12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了269.33 F·g^-1和350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在10.0 A·g^-1时仍能达到215.88 F·g^-1和280.62 F·cm^-3(其初始值的80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

石墨烯/钴镍双氢氧化物复合材料的制备及其超电容特性

采用氧化石墨(GO)还原法制备石墨烯(GNS),以氨水为沉淀剂,在石墨烯存在的情况下,通过Co²⁺和Ni²⁺化学共沉积的方法合成了石墨烯/钴镍双氢氧化物复合电极材料,采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、比表面积测试(BET)等技术手段表征了产物的组成、结构和形貌,用循环伏安、恒电流充放电等测试方法对复合材料的电化学性能进行了研究。 研究发现,石墨烯纳米片均匀分散在钴镍双氢氧化物中,改善了钴镍双氢氧化物的传导性和结构稳定性。 电化学测试表明,在1 A/g的电流密度下,复合材料比电容高达2770 F/g,且循环500次后,比电容仍能保持93.4%,呈示该复合材料具有优异的电化学性能。     

石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料的制备及电化学性能研究

采用微波辐射与高温裂解相结合的二步还原法制备石墨烯。二步还原使氧化石墨被充分还原和剥离,所得到的石墨烯有较好的传导性,其比表面达675.4 m2.g-1。以此石墨烯为原料,水热法合成出石墨烯/钴镍双金属氢氧化物复合材料,并考察了复合材料作为超级电容电极材料的电化学性能。研究发现,褶皱的石墨烯纳米片均匀分散在钴镍双金属氢氧化物中,这改善了钴镍双金属氢氧化物的传导性和结构稳定性。在0.25 A.g-1电流密度下,复合材料的比电容量是800.2 F.g-1。当电流密度增加至10 A.g-1,比电容量为386.5 F.g-1,恒电流充-放电500次后比电容量仍能保持99%以上,这些呈示该复合材料具有优良的电化学性能。     

超级电容器用石墨烯/金属氧化物复合材料

超级电容器是一种具有高功率密度和长循环寿命的新型储能装置,碳材料、金属氧化物和导电聚合物是常见的三种超级电容器电极材料。在石墨烯/金属氧化物复合材料中,石墨烯和金属氧化物可以发挥各自的优点,结合石墨烯优异的循环稳定性能和金属氧化物的高容量特性,纳米复合材料的综合性能可以得到很大地提升。因此,石墨烯/金属氧化物复合物的研究是超级电容器领域的热点研究方向之一。本文以金属氧化物的种类、石墨烯的结构和复合物的制备方法为线索,综述了国内外应用于超级电容器方面的石墨烯/金属氧化物复合材料的研究进展,归纳总结出与石墨烯复合最优的金属氧化物类型和制备方法,并进一步对该类复合材料的发展趋势进行了展望。     

三氧化钼纳米带/石墨烯纳米复合材料的简单制备及其在超级电容器中的应用

采用简单的超声自组装法制备了石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料。最终产物的组成和结构采用多种不同的手段进行了表征,包括扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及热分析等。该复合材料可以用作超级电容器电极材料。电化学实验结果表明石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料比电容可达到285.5 F·g^-1,且在电流密度为1 A·g^-1时经过1 000次循环后其电容值能保持初始值的99.5%.     

三氧化钼纳米带/石墨烯纳米复合材料的简单制备及其在超级电容器中的应用

采用简单的超声自组装法制备了石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料。最终产物的组成和结构采用多种不同的手段进行了表征,包括扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及热分析等。该复合材料可以用作超级电容器电极材料。电化学实验结果表明石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料比电容可达到285.5 F·g^-1,且在电流密度为1 A·g^-1时经过1 000次循环后其电容值能保持初始值的99.5%.     

石墨烯/聚苯胺复合材料在超级电容器中的研究进展

聚苯胺理论比容量高,具有优良的导电性能,是理想的超级电容器电极材料。但是,在长期的充放电过程中容易发生体积的收缩与膨胀,循环寿命差。同时,石墨烯由于具有高的理论比表面积,被广泛用作超级电容器电极材料。将聚苯胺与石墨烯复合,利用二者的协同作用,使复合材料具有优异的电化学性能。本文综述了石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法以及近年来在超级电容器领域的主要研究成果,并就其目前存在的主要问题进行了讨论,最后对石墨烯/聚苯胺复合材料的前景进行了展望。     

超级电容器石墨烯-聚苯胺复合材料的研究进展

超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长和维护成本低的特点,在电动车动力电池领域具有潜在的应用前景。超级电容器性能主要由其电极材料所决定。聚苯胺易合成、理论比容量高,而且导电性能优异,作为超级电容器电极材料有很高的应用价值。但是,在长期使用过程中,它的体积容易发生膨胀或收缩,循环寿命差。为了解决这个问题,将聚苯胺与石墨烯复合可以扬长避短,充分利用两者之间的协同效应,赋予复合材料优异电化学电容性能。本文综述了超级电容器用石墨烯-聚苯胺复合材料的制备方法,包括原位聚合法、油水界面合成法、电化学合成法、层层自组装法等;提出了三维网状石墨烯和对石墨烯-聚苯胺复合材料进行改性来提高复合材料的电化学电容性能的思路。     

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.     

Zinc-Guided 3D Graphene for Thermally Chargeable Supercapacitors to Harvest Low-Grade Heat

Low-grade heat energy recycling is the key technology of waste-heat utilization, which needs to be improved. Here, we use a zinc-assisted solid-state pyrolysis route to prepare zinc-guided 3D graphene (ZnG), a 3D porous graphene with the interconnected structure. The obtained ZnG, with a high specific surface area of 1817 m²·g⁻¹ and abundant micropores and mesopores, gives a specific capacitance of 139 F·g⁻¹ in a neutral electrolyte when used as electrode material for supercapacitors. At a high current density of 8 A·g⁻¹, the capacitance retention is 93% after 10,000 cycles. When ZnG is used for thermally chargeable supercapacitors, the thermoelectric conversion of the low-grade heat energy is successfully realized. This work thus provides a demonstration for low-grade heat energy conversion.     

Hydrothermal Self-assembly Synthesis of Mn3O4Reduced Graphene Oxide Hydrogel and Its High Electrochemical Performance for Supercapacitors

In the present work Mn3O4/reduced graphene oxide hydrogel （Mn3O4-rGOH） with three dimensional （3D） networks was fabricated by a hydrothermal self-assembly route. The morphology, composition, and microstructure of the as-obtained samples were characterized using powder X-ray diffraction （XRD）, X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）, thermogravimetry analysis （TG）, atomic absorption spectrometry （AAS）, field emission scanning electron microscopy （FESEM） and transmission electron microscope （TEM）. Moreover, the electrochemical behaviors were evaluated by cyclic voltammogram （CV）, galvanostatic charge-discharge and electrochemical impedance spectroscopy （EIS）. The test results indicated that the hydrogel with 6.9% Mn3O4 achieved specific capacitance of 148 F.g^-1 at a specific current of 1 A.g^-1, and showed excellent cycling stabilily with no decay after 1200 cycles. In addition, its specific capacitance could retain 70% even at 20 A.g^- 1 in comparison with that at 1 A.g ^-1 and the operating window was up to 1.8 V in a neutral electrolyte.     

Nickel Oxide/Graphene Composites: Synthesis and Applications

Nickel oxide (NiO) has emerged as one of the most promising transition-metal oxides (TMOs) for electrochemical capacitors, batteries, catalysis, and electrochromic films, owing to its cost-effectiveness, abundance, and well-defined electrochemical properties. Recent studies have identified that mixing NiO with graphene or graphene derivatives results in novel composites with synergistic effects and superior electrochemical performance. This review summarizes the latest advances in composites of NiO with graphene or graphene derivatives. The synthetic strategies, morphologies, and electrochemical performance of these composites are introduced, as well as their electrochemical applications in supercapacitors, batteries, sensors, catalysis, and so forth. Finally, tentative conclusions and assessments regarding the opportunities and challenges for the future development of these composites and other TMOs/graphene or graphene-derived composites are presented.     

Nano Carbon Doped Polyacrylamide Gel Electrolytes for High Performance Supercapacitors

Novel polyacrylamide gel electrolytes (PGEs) doped with nano carbons with enhanced electrochemical, thermal, and mechanical properties are presented. Carboxylated carbon nanotubes (fCNTs), graphene oxide sheets (GO), and the hybrid of fCNT/GO were embedded in the PGEs to serve as supercapacitor (SC) electrolytes. Thermal stability of the unmodified PGE increased with the addition of the nano carbons which led to lower capacitance degradation and longer cycling life of the SCs. The fCNT/GO-PGE showed the best thermal stability, which was 50% higher than original PGE. Viscoelastic properties of PGEs were also improved with the incorporation of GO and fCNT/GO. Oxygen-containing functional groups in GO and fCNT/GO hydrogen bonded with the polymer chains and improved the elasticity of PGEs. The fCNT-PGE demonstrated a slightly lower viscous strain uninform distribution of CNTs in the polymer matrix and the defects formed within. Furthermore, ion diffusion between GO layers was enhanced in fCNT/GO-PGE because fCNT decreased the aggregation of GO sheets and improved the ion channels, increasing the gel ionic conductivity from 41 to 132 mS cm⁻¹. Finally, MnO₂-based supercapacitors using PGE, fCNT-PGE, GO-PGE, and fCNT/GO-PGE electrolytes were fabricated with the electrode-specific capacitance measured to be 39.5, 65.5, 77.6, and 83.3 F·g⁻¹, respectively. This research demonstrates the effectiveness of nano carbons as dopants in polymer gel electrolytes for property enhancements.     

丙烯酰胺辅助溶剂热技术调控硫化镍的物相及形貌

以硝酸镍和硫脲为原料、乙二醇为溶剂、丙烯酰胺作为表面活性剂,采用溶剂热技术制备了立方相NiS₂,六方相α-NiS,和菱形β-NiS空心球,并用XRD及TEM对产物进行了表征。结果显示：丙烯酰胺能够有效调控硫化镍的物相组成和形貌结构。最后利用异相晶化及卷曲机理(rolling-up mechanism)解释了β-NiS空心微球的形成过程。     

碳纳米管/石墨烯复合结构及其电化学电容行为

本文综述了超级电容器电极材料碳纳米管/石墨烯复合结构的制备方法,以及由该结构和赝电容活性物质形成的三元复合体系的电化学电容行为研究进展,并提出合理设计的碳纳米管和石墨烯复合结构可以有效发挥其高电导率、高比表面积和合理孔隙结构的优势,实现活性物质的高密度负载,从而获得具有高容量、良好倍率特性和长寿命的电化学超级电容器电极材料。     

Preparation and Electrochemical Performance of Three-Dimensional Vertically Aligned Graphene by Unidirectional Freezing Method

Three-dimensional vertically aligned graphene (3DVAG) was prepared by a unidirectional freezing method, and its electrochemical performances were evaluated as electrode materials for zinc−ion hybrid supercapacitors (ZHSCs). The prepared 3DVAG has a vertically ordered channel structure with a diameter of about 20−30 μm and a length stretching about hundreds of microns. Compared with the random structure of reduced graphene oxide (3DrGO), the vertical structure of 3DVAG in a three−electrode system showed higher specific capacitance, faster ion diffusion, and better rate performance. The specific capacitance of 3DVAG reached 66.6 F·g⁻¹ and the rate performance reached 92.2%. The constructed 3DVAG zinc−ion hybrid supercapacitor also showed excellent electrochemical performance. It showed good capacitance retention up to 94.6% after 3000 cycles at the current density of 2 A·g⁻¹.     

自支撑硫镍基电极材料制备及其赝电容性能

硫镍基赝电容超级电容器具有较高的比电容和功率密度等优点,是下一代理想的储能装置之一,但其实际应用受到其活性材料的制约,如导电性低和循环性能差等。研究者围绕增强硫镍基赝电容电极材料导电性和提升循环稳定性进行了大量的研究工作。其中,构建自支撑的电极材料被认为是一种降低活性材料和集流体之间界面电阻的有效方法。本文综述了制备自支撑硫镍基赝电容电极的常见方法,并就活性材料的形貌与性能关系进行了总结,主要着眼于集流体改性、离子掺杂、复合材料构建及形貌调控优化等。最后对自支撑硫镍基赝电容电极材料的研究方向进行了展望。