用于高性能超级电容器的氮掺杂碳纳米网的制备

以菲为碳源、氨气为氮源,通过一步碳化、活化法成功制得了氮掺杂碳纳米网(NCNs)。在800℃下制得的样品(NCN_(800))具有独特的网状结构、大的比表面积(1 567 m~2·g~(-1))和高的原子百分含量(N 4.41%、O 13.71%)。归因于这些结构特征,工作电极NCN_(800)在三电极系统中显示出高的比电容(0.05 A·g~(-1)电流密度下比电容为542.3 F·g~(-1))。此外,用于对称超级电容器的NCN_(800)电极展现了高的比电容(0.05 A·g~(-1)电流密度下比电容为443.6 F·g~(-1))、良好的倍率性能(20 A·g~(-1)电流密度下比电容为341.2 F·g~(-1))以及优异的循环稳定性(经过30 000次循环后比电容保持率为93.5%)。     

CoNi_2S_4上电沉积NiS用于柔性固态非对称超级电容器（英文）

采用一种在CoNi_2S_4上电沉积NiS的有效方法来改善钴/镍硫化物的性能。CoNi_2S_4@NiS电极材料在1 A·g~(-1)时比电容达到1 433 F·g~(-1),并具有很好的倍率性能。CoNi_2S_4@NiS和还原氧化石墨烯组装成的柔性固态非对称超级电容器的能量密度在功率密度为800 W·kg~(-1)时达到36.6 Wh·kg~(-1),并且在10 000次充放电后表现出良好的循环性能,循环保持率达87.8%。     

超级电容器用相互连接的类石墨烯纳米片

采用氧化镁模板耦合原位氢氧化钾活化法制备了超级电容器用煤焦油基相互连接的类石墨烯纳米片(IGNSs)。所制备的IGNS具有高达2887 m~2·g~(-1)的比表面积和大量的分级短孔。当作为超级电容器的电极材料时,在6 mol·L~(-1) KOH电解液中,于0.05 A·g~(-1)的电流密度下,IGNS显示出313 F·g~(-1)的高比容;在20 A·g~(-1)的电流密度下,IGNS的比电容为261F·g~(-1),显示了好的倍率性能;经过10000次循环测试后,其容量保持率为92.7%,展现了优异的循环稳定性。这一工作为从芳烃分子大规模生产高性能储能用类石墨烯纳米片提供了一种简单的方法。     

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。     

炭化对沥青基活性炭纤维的结构和超级电容器性能影响

以450℃低温炭化的各向异性中间相沥青基炭纤维为原料,先通过KOH化学活化方法制备出活性炭纤维(ACFs),再对ACFs进行炭化改性,以提高ACFs的导电率,系统地研究了炭化温度对ACFs微观形貌、结晶度、孔结构和超级电容器性能的影响。结果显示:经过1 200℃炭化处理的ACFs(ACFs~(-1)200)电极具有优异的电化学性能,在0.1 A·g~(-1)电流密度下比容量高达204 F·g~(-1),1 000次循环后电容保持率达到97.0%;且电流增至20 A·g~(-1)时依然具有高比容量(149 F·g~(-1)),表明ACFs~(-1)200电极相比于未炭化的ACFs,其导电率、大电流密度下的比容量、循环保持率均显著提高。     

CP@NiAl-LDH复合材料的制备及其超级电容器性能

通过采用简易温和的水热条件制备导电聚合物@镍铝层状双金属氢氧化物复合材料(CP@NiAl-LDH),构建电子/离子的高速传输纳米通道,利用SEM和XRD对复合材料结构形貌进行表征。电化学性能测试结果表明,导电聚合物为复合材料提供一定的赝电容,促进电荷的快速转移,使CP@NiAl-LDH的电容性能得以显著提升。PPy@LDH具有最好的电容性能,在1 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达3 010.3 F·g~(-1),当电流密度升高到20 A·g~(-1)时,其比电容保持率为73.1%,表现出优异的倍率性能;同时,在10 A·g~(-1)的电流密度下10 000次充放电循环后仍具有88.8%的比容量保持率,具有优异的循环稳定性。这主要归功于NiAl-LDH与导电聚合物之间的协同增强效应。     

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.     

超级电容器用凹凸棒石负载氮掺杂碳@NiCo_2O_4复合电极材料的制备及其电化学性能研究

通过在凹凸棒石表面原位聚合苯胺制得聚苯胺包覆凹凸棒石,经高温热处理得到凹凸棒石(ATP)负载氮掺杂碳(ANC),然后通过水热-煅烧法在ANC表面负载NiCo_2O_4制得ANC@NiCo_2O_4复合材料.采用FTIR、XRD、SEM、TEM和BET表征其化学组成和微观结构,通过恒流充放电(GCD)和循环伏安法(CV)测试其电化学性能.结果表明,ANC较高的比表面积和疏松多孔的形貌,使水热NiCo_2O_4颗粒能够均匀分散在其表面,与电解液的接触面积较大,赋予复合材料良好的电化学性能.复合材料在1 A·g~(-1)时质量比电容可达945.5 F·g~(-1),16 A·g~(-1)时质量比电容为587.6 F·g~(-1),保持率为62.1%,表现出较好的倍率特性.在12 A·g~(-1)大电流下循环充放电2000次后,质量比电容保持率达74.1%,高于水热纯纳米NiCo_2O_4的48.7%,表明ANC@NiCo_2O_4复合材料具有较好的循环稳定性.     

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。     

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。     

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)。     

Zn掺杂Co_9S_8纳米材料的制备及其在超级电容器和电催化析氢中的应用（英文）

采用原位溶剂热生长法设计合成了锌掺杂Co9S8纳米颗粒。各种表征技术和性能测试结果表明:锌掺杂Co9S8纳米颗粒的孔尺寸为18 nm,比表面积为23 m~2·g~(-1);同时微量的锌掺杂显著增强了Co9S8的电催化析氢(HER)活性及电容器性能。在HER性能测试中,当电流密度为10 mA·cm~(-2)时电位为-361 mV,电流密度最高可达38.26 mA·cm~(-2),且具有优异的循环稳定性。同时在电容器性能测试中具有较高的比电容,当电流密度为1 A·g~(-1)时,质量比电容和面积比电容分别为235.48 F·g~(-1)和812.4 mF·cm~(-2)。     

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（英文）

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%.     

MnO_2纳米粒子的制备及其超电容性质研究

本文采用化学共沉淀法制备了MnO_2。通过XRD、BET、SEM、TEM及HRTEM等表征手段研究MnO_2的形貌及结构,结果显示制备的MnO_2由纳米粒子组成,且具有较大的比表面积(124.7 m~2·g~(-1))。将制得的MnO_2应用于超级电容器时,电化学测试结果表明,在电流密度为0.3 A·g~(-1)时,MnO_2的比电容达到194.7 F·g-1,同时有着优秀的倍率特性。循环稳定性测试表明MnO_2在电流密度2 A·g~(-1)的条件下,恒流充放电(GCD)1000次后的电容保持率达到102.7%,显示了MnO_2具有优异的电化学性能。     

香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用简易浸泡法和一步碳化/活化法制备香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料(NMCs),利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构形貌进行表征,并研究了其超级电容特性。测试结果表明,NMCs的微孔比表面积高达1 594 m~2·g~(-1),且拥有更高数量的含氮官能团,其吡啶型含氮官能团比例也有所提高,展现出优异的超级电容特性。在0.5 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达325 F·g~(-1),当电流密度上升到20 A·g~(-1)时,其比电容仍然高达180 F·g~(-1),表现出优异的倍率性能;同时,在5 A·g~(-1)的电流密度下,电极经历5 000次充放电循环后具有97.7%的比容量保持率,展现出优异的循环稳定性。这主要归因于NMCs超高的微孔比表面积和丰富的含氮官能团。     

棉布的功能化及在柔性电极中的应用

开发导电性强、柔性良好的电极基底材料对制备性能优越的柔性超级电容器具有重要意义。本研究利用聚多巴胺的黏附性和弱还原性在棉布表面形成连续分布金属银层。采用XRD,SEM对镀层的成分和形貌进行表征,对镀层的增厚率、表面方阻等进行分析,并探索了不同银溶液浓度对材料导电性和电化学性能的影响。结果表明,当银溶液浓度为15 g·L~(-1)时,材料方阻最小,且低于碳布电极,作为超级电容器柔性基底材料,对活性炭电极进行电化学性能测试,电流密度为1 A·g~(-1)时,电极的比容量达到233 F·g~(-1),是普通碳布基底的1.6倍,经过1000次长循环后电极的比容量增大1.02%。     

具有高效电化学储能的中空网状笼还原氧化石墨烯（英文）

通过ZnO模板辅助电沉积法制备了中空网状笼还原氧化石墨烯,具有纳米管、多孔结构、网状结构和3D微米中空笼等多层次架构.这样的结构能够同时促进电化学活性物种的传输,提高电极材料的利用率,以及提升超级电容器性能.该类中空网状笼还原氧化石墨烯做超级充电器电极材料时表现出了优良的电化学性能,研究结果显示,在1.0 A·g~(-1)时比电容达到393 F·g~(-1).而且当电流密度从1.0 A·g~(-1)增加到20 A·g~(-1),电容仅衰减了21.2%,10000周循环后比电容损失小于1%,表明具有优异的电容稳定性.     

氮掺杂高比表面多孔碳的一步化学活化法制备及其超电容性能

以聚氨酯发泡剂为碳源和氮源,以氢氧化钾为活化剂,采用一步化学活化法制备了具有高比表面积的氮掺杂活性炭。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附、X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、光电子能谱(XPS)对碳材料的微观形貌、组成、比表面积和孔道结构进行了表征。结果表明,在700℃活化的碳材料FC700具有最高的比表面积(2 740 m~2·g~(-1))和最大的孔容(1.27 cm~3·g~(-1)),这归因于KOH与泡沫的充分相互作用。在以6.0 mol·L~(-1)KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g~(-1)时,其比电容达到了452 F·g~(-1)。在组装的对称超级电容器中,其比电容达到了344 F·g~(-1),功率密度为247 W·kg~(-1)时对应的能量密度为11.9 Wh·kg~(-1)。在10 000次循环后电容保持率为98.03%,表现出优异的稳定性。FC700的优异电化学性能可能归因于高的比表面积,大的孔体积和氮原子的掺杂。     

柚子皮衍生的分级多孔碳作为高性能超级电容器的电极材料

使用CTAB作为软模板,水热处理柚子皮,再以碳化和KOH活化过程得到了分级多孔碳(HPC),这种分级多孔碳材料的比表面积高达1 813 m~2·g~(-1),相比于没有水热步骤制备的多孔碳(PC),拥有更加丰富的介孔结构和更大的比表面积。XPS分析结果表明HPC的氧掺杂量更高,会比PC贡献更大的赝电容。三电极测试体系中,HPC的比电容达到285 F·g~(-1)(0.5 A·g~(-1),1 mol·L~(-1)KOH)。同时,组装的两电极对称超级电容器拥有很好的倍率性能,循环12 000次充放电后,比电容依旧保留99%。HPC拥有这样优异的性能归结于较大的比表面积,高氧掺杂量和合理的孔径分布的协同作用。     

基于三维花状五氧化二铌及活性炭的锂离子混合电容器

锂离子混合电容器由于兼备锂离子电池和超级电容器的优势,即较高的能量密度和功率密度,而成为当前能量存储体系的研究热点。本工作合成了具有三维花状微纳结构的正交相五氧化二铌(T-Nb_2O_5),并将其与活性炭(AC)相匹配,设计出一种新型的T-Nb_2O_5/AC锂离子混合电容器。循环伏安和恒电流充放电的测试结果表明该锂离子混合电容器具有较好的电化学性能,如在碳酸酯类的有机电解液中,工作电压可达到3.0 V;在100 m A·g~(-1)的电流密度下,电容器的比能量和比功率密度可达到53.79 Wh·kg~(-1)和294 W·kg~(-1);在200 m A·g~(-1)的电流密度下,经过1000次充放电循环后,该电容器的比能量保持率为73%。由此可见,本工作开发的T-Nb_2O_5/AC锂离子混合电容器将在高功率的储能设备中有很好地应用前景。