NiO/CNTs的制备及其电化学电容行为研究

用改良的沉淀法在酸化处理过的碳纳米管(CNTs)上沉积氢氧化镍, 经300 ℃热分解得到NiO/CNTs复合电极材料. 采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和Brunauer-Emmett-Teller (BET)比表面积分析等方法对合成的材料进行了物理表征|用循环伏安法和充放电测试对其电化学性能进行了研究. 结果表明, CNTs的引入在一定程度上提高了NiO的分散性, 从而大大增加了复合电极材料的比电容和倍率容量. 掺入20% CNTs后复合电极的比电容达到最高值(309 F•g^－1)|掺入40% CNTs的复合电极材料扣除CNTs对容量的贡献后(本实验测试CNTs的比容量为35 F•g^－1), NiO的放电容量可达420 F•g^－1, 明显高于纯相NiO的容量(175 F•g^－1), 并且材料的倍率容量也显著提高.     

氧化钌/活性炭超电容器复合电极的电化学行为

电化学超电容器作为一种新一代储能系统具有广泛的应用领域. 直流充放电、循环伏安以及交流阻抗等实验显示了本文制备的活性碳材料以及复合电极材料具有良好的电化学性能.活性碳材料的质量比容量为172 F•g－1,采用无定形RuO2与上述活性碳复合制成的新型电极材料具有359 F•g－1以上的比容量和良好的功率特性，并对上述材料的双电层电容和法拉第准电容等电化学特性进行了详细的讨论.     

聚苯胺/活性碳复合型超电容器的电化学特性

电化学电容器作为一种新型储能器件具有广泛的应用.采用(NH₄)₂S₂O₈化学氧化聚合苯胺法制备了聚苯胺电极材料，采用化学物理二次催化活化法制备了高比表面积活性碳材料.并用循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗等方法对上述电极材料的电化学特性进行了研究.实验结果表明,所制备的聚苯胺电极材料具有高于420 F•g^－1的法拉第赝电容和良好的电化学特性，所制备的活性碳电极材料则具有160 F•g^－1的双电层电容量.分别采用聚苯胺作为正极，活性碳作为负极，38％硫酸作为电解液制备了复合型电化学电容器.复合型电容器工作电压达到1.4 V, 电容器单体比电容达到57 F•g^－1，最大比能量和最大真实比功率分别达到15.5 W•h•kg^－1和2.4 W•g^－1, 峰值比功率达到20.4 W•g^－1,电容器循环工作寿命超过500次. 与活性碳双电层电容器相比，复合型电容器还具有较低的自放电率.     

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％.     

纳米纤维聚苯胺在电化学电容器中的应用

采用脉冲电流方法（PGM）合成了具有纳米纤维结构的导电聚苯胺（PANI）.扫描电子显微镜对膜层观察表明, PANI膜是由直径约为100 nm的掺杂态聚苯胺纤维交织而成.以纳米纤维状聚苯胺组成电化学电容器,研究了其电化学电容性能,并与恒电流方法（GM） 制备的颗粒状PANI电容器性能进行了比较.结果表明,在相同的沉积电量下,PGM制备的纳米纤维状PANI电化学电容器比颗粒状PANI电化学电容器具有更大的电容容量,其电化学电容器的比电容可高达699 F•g－1,能量密度为54.6 Wh•kg－1.并且该电化学电容器具有良好的充放电性能和循环寿命.     

Ni-Ru复合氧化物的超电容特性研究

用化学共沉淀法和物理方法制得Ni和Ru的氢氧化物共沉淀物，经热处理得到NiO/RuO2复合氧化物. XRD分析表明, RuO2被大量的NiO颗粒所包覆.电化学测试表明, NiO电极材料中引入部分RuO2可以提高比能量和比电容，拓宽工作电位窗一倍以上.掺入10％ RuO2的NiO电极比能量达14.2 W•h•kg－1，比电容达210 F•g－1，而NiO电极比能量和比电容只有2.6 W•h•kg－1和118 F•g－1. 200周循环后，化学复合RuO2电极比电容保持在95％以上，物理复合电极仅保持在79％左右.     

超级电容器炭电极材料孔结构对其性能的影响

采用无瓶颈的系列酚醛树脂活性炭为电极材料，用氮吸附和恒流充、放电，以及交流阻抗法，研究孔径和孔表面积等孔结构对其性能的影响.结果表明，活性炭电极材料双电层电容与微孔(孔宽度< 2.0 nm)表面和外孔(孔宽度 >2.0 nm)表面都有关系，但主要取决于微孔表面双电层电容.微孔表面比电容为21.4 μF•cm－2，外孔表面比电容< 10 μF•cm－2.外孔表面比电容较低可能是由于空间电荷层的影响.微孔孔径较大的炭材料具有高比电容和良好的高倍率放电的特性.     

氧化锰表面改性活性炭电极材料的电化学特性

用Mn(NO3)2溶液浸渍-高温热解法对普通活性炭进行表面改性处理以改善其电化学性能. 采用氮气吸附、SEM、XRD等方法研究改性活性炭的比表面积、孔结构、形貌和氧化锰的晶体结构; 用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法研究了改性活性炭电极构成的电化学电容器的性能. 结果表明, Mn(NO3)2热解产生的多价态氧化锰有法拉第赝电容效应, 尤其是立方晶形结构的α-Mn2O3, 与活性炭的双电层电容构成了复合电容, 因而改性炭材料的比电容有明显的提高, 其质量比电容达到254 F·g-1, 比未改性炭的165 F·g-1提高了54%. 改性炭电极电化学电容器具有优异的充放电可逆性和稳定性, 而且等效串联电阻较小, 只有0.40 Ω; 经2000次循环的长期测试, 容量保持率几乎达到100%.     

酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能研究

利用水蒸汽活化法制备了酚醛基活性炭纤维(ACF-H2O), 对其比表面积、孔结构与在LiClO4/PC(聚碳酸丙烯酯)有机电解液中的电容性能之间的关系进行了探讨. 用N2(77 K)吸附法测定活性炭纤维的孔结构和比表面积, 用恒流充放电法和交流阻抗技术测量双电层电容器(EDLC)的电容量及内部阻抗. 研究表明, 在LiClO4/PC有机电解液中, ACF-H2O电极的可用孔径(d)应在0.7 nm以上. 随着活化时间的延长, ACF-H2O的孔容和比表面不断增大, 但微孔(0.7 nm ＜ d ＜ 2.0 nm)和中孔(d ＞ 2.0 nm)率变化很小, 活化过程中孔的延伸和拓宽同步进行, 但过度活化则造成孔壁塌陷, 孔容和比表面迅速下降. 因此, 除活化过度的样品外, 电容量随比表面积呈线性增长, 最高达到109. 6 F•g-1. 但中孔和微孔的孔表面对电容的贡献不同, 其单位面积电容分别为8.44 μF•cm-2和4.29 μF•cm-2, 中孔具有更高的表面利用率. ACF-H2O电极的电容量、阻抗特性和孔结构密切相关. 随着孔径的增大, 时间常数减小, 电解液离子更易于向孔内快速迁移, 阻抗降低, 电极具有更好的充放电倍率特性. 因此, 提高孔径和比表面积, 减少超微孔(d ＜ 0.7 nm), 是提高 EDLC能量密度和功率密度的重要途径. 然而仅采用水蒸汽活化, 只能在小中孔以下的孔径范围内进行调孔, ACF-H2O电极电容性能的提高受限.     

炭化温度对烟杆基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以烟杆为原料, 氢氧化钾为活化剂, 通过调节炭化温度(500～800 ℃温度范围)在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料. N₂吸附测试表明随着炭化温度降低, 活性炭的比表面积和总孔容先增大后减小, 中孔比表面积和平均孔径却一直增大. 其中600 ℃炭化样品经KOH活化后可制得比表面积为3333 m²•g^－1, 总孔容为2.47 cm³• g^－1, 中孔孔容达2.11 cm³•g^－1的高中孔率高比表面积活性炭材料. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: 炭化温度不同的烟杆基活性炭电极均表现出良好的功率特性, 充放电流增大50倍, 容量保持率均在80%左右, 其中TS-AC-600活性炭电极在有机电解液中1 mA•cm^－2充放电时, 比电容达到190 F•g^－1. 较高的中孔率和较大的平均孔径使得烟杆基活性炭电极具有良好的高倍率充放电性能.     

活性碳纳米管的制备及其在有机电解液中的电容性能研究

以KOH为活化剂对碳纳米管进行化学活化制备双电层电容器用高比表面积活性碳纳米管. 采用TEM和N₂吸附法表征活性碳纳米管的结构, 采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等评价其在1 mol•L^－1 Et₄NBF₄/PC中的电容性能. 随活化剂用量增大、活化温度升高和活化时间的延长, 活性碳纳米管的比表面积和比电容都呈增大的趋势. 活化剂用量为3∶1, 800 ℃活化4 h制备的活性碳纳米管的比表面积663 m²•g^－1, 比活化前提高了3倍, 其比电容达57.2 F• g^－1, 比活化前提高了2倍. 将活性碳纳米管的比电容与其比表面积相关联, 发现两者之间具有非常好的线性关系, 并分析了原因.     

碳纳米管在室温熔盐中的电容特性

研究了碳纳米管在室温熔盐二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂(LiTFSI)-乙酰胺中的电容特性. 将碳纳米管制成薄膜电极, 以LiTFSI-乙酰胺为电解液, 装配成模拟电容器, 用循环伏安和恒流充放电法研究其电化学性能. 结果表明, 碳纳米管在室温熔盐中表现出典型的电容特性, 其比电容为22 F•g^-1, 模拟电容器的工作电压可达2.0 V, 具有非常好的循环性能, 循环充放电1000次后容量损失仅10%, 表明室温熔盐是超级电容器非常有前景的新型电解液.     

合成路径对超级电容器用二氧化锰性质的影响

研究了不同合成路径对二氧化锰结构及电化学性能的影响. 路径1为将0.15 mol/L醋酸锰溶液加入到0.1 mol/L高锰酸钾溶液中; 路径2中, 物料的加料方式与路径1相反. X射线衍射和扫描电镜测试表明合成的产物均为无定型α-MnO2, 晶粒尺寸为200～300 nm. 氮吸附曲线测试结果表明: 路径1所得的二氧化锰具有较大的比表面积(329 m2/g), 其孔径分布比较均一, 孔径6～12 nm, 孔体积较小(0.45 cm3/g); 路径2所得的二氧化锰比表面积较小(298 m2/g), 具有从微孔到大孔的连续分布孔, 平均孔径11.4 nm, 孔体积较大(0.66 cm3/g). 交流阻抗和循环伏安电化学测试结果显示: 路径2所得样品具有较大的法拉第阻抗, 在较低扫描速度下(2 mV&#8226;s－1), 其比电容(203 F&#8226;g－1)比路径1所得MnO2高(189 F&#8226;g－1), 路径1所得二氧化锰的比电容随扫描速度变化的趋势较小. 恒流充放电测试显示路径1合成的二氧化锰具有较好的功率特性. 在2 A&#8226;g－1的电流密度下, 其比容量为0.1 A&#8226;g－1电流密度下的96.3%, 而路径1的样品的容量保持率为92.5%. 造成上述结果差异的原因是由于不同合成路径导致二氧化锰存在不同的孔结构特征所致.     

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。