链珠状氢氧化亚镍的准电容特性及其在复合型超电容器中的应用(英)

本文采用溶胶凝聚方法制备了超细氢氧化亚镍电极材料并通过在其中掺加适量碳纳米管的方法大大提高了电极的比容量并有效改善了电极材料的阻抗特性。掺有20%碳纳米管的氢氧化亚镍复合电极材料的单电极比容量可达到320 F·g^-1。本文分别采用氢氧化亚镍/碳纳米管复合电极作为正极，活性炭作为负极，6 mol·L^-1 KOH作为电解液制备了复合型电化学电容器。采用上述方法制备的复合型电容器工作电压达到1.6 V，电容器质量比容量达到60 F·g^-1。复合型电容器能量密度达到20.11 Wh·kg^-1，最大功率密度达到8.6 kW·kg^-1,兼具高能量特性和优良的大电流放电特性。     

新型非对称电化学电容器的电极匹配研究

活性炭负极容量的有效利用率是导致双电层电化学电容器和C/Ni(OH)2非对称电化学电容器容量性质差异的主要因素,并可将其作为非对称电化学电容器容量设计和测算的依据;本文引入Ni(OH)2正极有效活性物质概念,以正极有效活性物质的量匹配负极的设计容量,从而优化正、负极的容量匹配,改善非对称电化学电容器的容量和大电流性能.     

碳纳米管负载氢氧化镍修饰电极的制备及应用

采用表面滴涂结合循环伏安法制备了碳纳米管负载氢氧化镍修饰电极(Ni(OH)2/MWNT/CCE)。研究了该修饰电极对葡萄糖的电催化氧化性能。结果表明,该修饰电极对葡萄糖具有良好的电催化氧化活性。在优化条件下,安培法检测葡萄糖的线性范围为2.0×10-7～5.7×10-4 mol.L-1(r=0.999 9,s=2 786.5μA.(mmol.L-1)-1.cm-2)和5.7×10-4～2.7×10-3 mol.L-1(r=0.999 1,s=2 005.2μA.(mmol.L-1)-1.cm-2),检出限(3sb)为8.0×10-8 mol.L-1。该法已成功用于血清中葡萄糖含量的测定。     

Co掺杂Ni(OH)2的超级电容器性能及其第一性原理计算研究

采用简单的共沉淀法制备了 Co掺杂的 Ni(OH)₂,通过 Co/Ni的协同作用改善了材料的电化学性能。Co原子掺杂改善了材料形貌,暴露了更多的缺陷位,提高了材料的电化学活性。同时第一性原理计算表明,Co掺杂也改变了Ni的电子云分布,提高了材料的电荷传输和离子扩散性能。得益于适宜的 Co 掺杂量,Ni_0.84Co_0.16(OH)₂在 1 A·g^-1的电流密度下质量比容量高达1 589.6 F·g^-1,同时组装后的非对称超级电容器在功率密度为21.33 kW·kg^-1时仍具有8.30 Wh·kg^-1的能量密度,显示出了良好的储能性能和循环性能。     

A dandelion-like carbon microsphere/MnO2 nanosheets composite for supercapacitors

This article reported the electrochemical performance of a novel cabon microsphere/MnO₂ nanosheets (CMS/MnO₂) composite prepared by a in situ self-limiting deposition method under hydrothermal condition. The results of scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) revealed that MnO₂ nanosheets homogeneously grew onto the surface of CMS to form a loose-packed and dandelion-like core/shell microstructure. The unique microstructure plays a basic role in electrochemical accessibility of electrolyte to MnO₂ active material and a fast diffusion rate within the redox phase. The results of cyclic voltammetry, galvanostatic charge/discharge and electrochemical impedance spectrometry indicated that the prepared CMS/MnO₂ composite presented high capacitance of 181 F·g⁻¹ and long cycle life of 61% capacity retention after 2000 charge/discharge cycles in 1 mol/L Na₂SO₄ solution, which show strong promise for high-rate electrochemical capacitive energy storage applications.     

C/Ni(OH)2非对称电化学电容器正极改性研究

在C／KOH／Ni(OH)2型非对称电化学电容体系中,Ni(OH)2电极需具有快速发生电化学反应的能力与活性炭负极匹配。本文通过增加微集流体的掺杂比例．对活性物质进行球磨处理、固相掺杂碳纳米管等方法对正极进行改性研究。实验发现,增加正极微集流体的掺杂比例．可明显改善非对称电容大电流条件下的容量和循环性能;对正极活性物质进行球磨处理,有利于电极活性物质的转变．加快非对称电容的活化速度;在正极固相掺杂一定比例的碳纳米管可提高非对称电容的充放电效率和容量性质。     

Electrochemical performance comparison of MWCNTs/Ni (OH)2 composite materials by two preparation routes

Journal of Solid State Electrochemistry - Carbon materials are used to improve the nickel hydroxide electrode capacity in rechargeable alkaline batteries. Herein, we present the preparation of...     

A hexaazatriphenylene-based porous organic polymer for high performance supercapacitor

Porous organic polymers (POPs) with high physiochemical stability and pseudocapacitive activity are crucial for supercapacitors with high specific capacitance and long cycle life. We report herein a hexaazatrinaphthylene-based POP (HPOP-1) for high-performance supercapacitor by introducing redox-active hexaazatrinaphthylene (HATN) moiety through Sonogashira–Hagihara coupling reaction. HATN moiety can undergo a proton-induced electron transfer redox reaction, which endows HPOP-1 with high pseudocapacitive activity. As electrode materials for supercapacitor application, HPOP-1 exhibits high specific capacitance (667 F g⁻¹ at 0.5 A g⁻¹) and long-term cyclic stability (90% capacitance retention after 10,000 cycles at 5 A g⁻¹) in a three-electrode system with 1 M H₂SO₄ as the electrolyte. In addition, HPOP-1 also exhibits a specific capacitance of 376 F g⁻¹ at 0.5 A g⁻¹ in 1 M KOH electrolyte. An asymmetric supercapacitor was further fabricated with HPOP-1 as negative electrode and rGO as positive electrode, respectively. The device delivers a specific capacitance of 63 F g⁻¹ at 0.5 A g⁻¹ and a rate performance of 37 F g⁻¹ at 5 A g⁻¹. Our work provides a facile approach for the design and preparation of pseudocapacitive POPs with high specific capacitance and long cycle life.     

Ni(OH)2修饰的三聚氰胺泡沫用于可压缩超级电容器电极

通过化学镀和电化学镀的方法制备了一种Ni(OH)₂电化学活性材料修饰三聚氰胺泡沫(MF)可压缩骨架的超级电容器电极材料MF/Ni(OH)₂。MF/Ni(OH)₂可压缩电极材料表现出最佳的电容性能,例如循环稳定性(即使在40 mA/cm^-3的电流密度下经过2000次充放电循环后,可压缩电极仍能保持90.63%的初始电容)和可压缩稳定性(即使在压缩率为50%时,仍具有97.88%的电容保持率)。层状可压缩超级电容器由MF/Ni(OH)₂弹性材料作为阳极,镍/碳(Ni/C)为阴极以及实验室中常用的滤纸作隔膜材料组成。这种超级电容器装置在不同的压缩下表现出良好的电化学性能和优异的压缩稳定性。最后,使用可压缩的超级电容器来点亮LED灯,以展示其在柔性电子设备中的应用。这些优化的电化学和机械性能表明MF/Ni(OH)₂可作为可压缩超级电容器的应用中的候选电极。     

Enhanced electrochemical performance of nano-MnO2 modified by Ni(OH)2 as electrode material for supercapacitor

Ni(OH)₂ was compounded to MnO₂ in an easy liquid phase process to improve the diffusion process of the electrode. The as-prepared materials were a mixture of amorphous and nanocrystalline with aggregated nanoparticles forming slit-shaped pore structures. The composite has higher specific surface area and smaller pore volume compared with pristine MnO₂. Electrochemical properties of the electrodes were carried out with cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge–discharge tests, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The MnO₂/Ni(OH)₂ composites exhibited enhanced electrochemical properties than that of pristine MnO₂. Remarkably, the composite which contains 3 % Ni(OH)₂ exerted the best discharged specific of 408 F g^?1 under 0.2 A g^?1, much higher than 247 F g^?1 of pristine MnO₂ at the same current density. Better rate capability and cycling stability were also realized by the same composite in comparison.     

MnO2/煤基碳纳米纤维的制备及其在柔性超级电容器中的应用

采用静电纺丝技术制备了柔性煤基碳纳米纤维(CBCNFs)。利用低温等离子体技术对CBCNFs进行改性,并将改性后的CBCNFs作为还原剂与KMn O4反应,以实现Mn O2的原位还原负载制备CBCNFs/Mn O2复合材料。通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等手段对复合材料的结构与形貌进行了表征;另外,研究了其作为柔性超级电容器电极材料的性能。结果表明,KMn O4∶CBCNFs=2∶1(质量比)条件下制备的复合材料(CBCNFs/Mn O2-2)具有良好的电化学性能。在0.1A·g-1电流密度下,CBCNFs/Mn O2-2的比电容高达118F·g-1,为CBCNFs比电容(26F·g-1)的4.5倍,在1A·g-1电流密度下,循环1000次后比容量保持率为97%,表现出良好的循环稳定性。     

氢氧化镍/多壁碳纳米管复合材料的溶剂热法制备及电容性能

采用溶剂热法制备了氢氧化镍/多壁碳纳米管[Ni(OH)2/MWCNTs]复合纳米材料;借助X射线衍射仪和透射电镜分析了产物的结构和形貌,利用循环伏安测试测定了复合材料的电容特性.结果表明:片状β-Ni(OH)2较好地附着在MWCNTs上;复合样品的循环伏安行为明显有别于空白样品Ni(OH)2,峰电流较高.这表明引入MWCNTs可改善Ni(OH)2的电化学性能.与此同时,当MWCNTs的质量分数为10%时,相应的Ni(OH)2/MWCNTs复合物的氧化还原峰电位差最小,循环可逆性最佳.     

超级电容器电极材料MnO_2纳米棒的制备及其电化学性能(英文)

以洋葱碳为还原剂,KMnO4为氧化剂,稀硫酸溶液为溶剂,采用水热法一步制备MnO2纳米棒.利用X射线衍射仪和透射电子显微镜分析了MnO2纳米棒的物相、结构、形貌;将MnO2纳米棒作为电极材料组装了超级电容器,采用电池测试系统测定了超级电容器的电化学性能.结果表明,所得到的产物为α-MnO2,其直径为5~10nm,长度为50~100nm;以MnO2纳米棒作为电极材料组装的超级电容器具有较高的比容量和稳定性,有望在超级电容器的研究和应用中得到推广.     

聚1,4-二氨基蒽醌/多壁碳纳米管复合物的制备及其电化学性质研究

以多壁碳纳米管为基板,运用简单磁力搅拌方法,通过π-π堆积作用,使1,4-二氨基蒽醌负载于多壁碳纳米管材料上,获得了聚氨基蒽醌/多壁碳纳米管复合物(PDAAQ/MWCNTs)。采用傅立叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒流充放电(GCD)等方法对PDAAQ/MWCNTs的结构和性能进行表征。结果发现3~4 nm厚的聚氨基蒽醌层原位生长在多壁碳纳米管上,这种独特的结构极大地增加了复合物的比表面积和聚氨基蒽醌的利用率。分散性能好的PDAAQ/MWCNTs复合物具有高的赝容性能。     

焦粉活性炭/Al-Ni(OH)2复合电极材料的制备及其超级容器性能

以焦粉为原料,用HNO3预处理除灰,采用KOH浸渍-煅烧活化法制备焦粉活性炭(CPAC),通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射等表征其形貌,采用BET测试其比表面积、孔结构及孔径分布。初步考察了活化温度、活化时间等对焦粉活性炭电极材料电化学性能的影响。采用共沉淀法制备CPAC/Al-Ni(OH)2复合电极材料,通过恒电流充放电测试及循环伏安测试表征CPAC/Al-Ni(OH)2复合电极材料的电化学性能。结果表明,当活化温度为800℃、活化时间为3 h制得的焦粉活性炭电极材料的电化学性能最佳,比电容达到211 F/g。CPAC-800℃-3 h/Al-Ni(OH)2复合电极材料随Al掺杂量的增大呈现先增大后减小的趋势。在固定Al质量掺杂量为4%,炭镍质量比为1∶1时所得复合材料的比电容量最大:1173.6 F/g。恒电流充放电及循环伏安测试表明Al掺杂量为4%、炭镍比为1∶1的复合材料具有较好的电化学性能。     

Co(OH)_2和Ni粉对氢氧化镍电极性能的影响

采用三角波电位扫描、X射线衍射及恒流充放电曲线法研究了在氢氧化镍电极中添加Co( OH) 2 和 Ni粉后对电极性能的影响 .结果表明 ,氢氧化镍电极中加入质量分数为 8% Co( OH) 2和 13% Ni粉时 ,电极的放电容量最高 ,电极在充放电循环过程中的膨胀最小 .     

三维多孔碳纳米管-还原氧化石墨烯复合气凝胶应用于高性能对称超级电容器

以羟基化的碳纳米管(CNT-OH)和自制的氧化石墨烯(GO)为原料,通过氧化还原自组装的水热合成策略制备了碳纳米管-还原氧化石墨烯(CNTs-rGO)三维气凝胶,并探究了水热温度对三维气凝胶的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构、形貌进行了表征,并对其进行电化学性能测试。其中,在140℃下合成的气凝胶CNTs-rGO展示了最佳的电化学性能,在1 A·g^-1电流密度下的比电容高达294.65 F·g^-1,循环伏安曲线在50 mV·s^-1扫速下的形状仍然近似于矩形,展示了良好的可逆性。将其作为正极和负极材料组装的对称超级电容器在功率密度为249.8 W·kg^-1时的最大能量密度为3.744 Wh·kg^-1,在1 A·g^-1下循环10 000次后,其电容保持率和库仑效率均约为100%。优异的电化学性能主要归因于CNTs-rGO复合材料疏松多孔的三维立体结构,这保证了离子的快速运输,同时CNTs和rGO的交联结构提高了电导率,充分发挥了CNTs和rGO的化学和电学性能。     

Mo掺杂NiMnSe2的制备及其超级电容器性能

成分和结构是影响多元过渡金属硒化物电化学活性的关键因素。适当掺杂其他金属元素可以有效提高电极材料的电化学性能。通过简单的一步水热法,在泡沫镍上制备出了一种无黏结剂的Mo掺杂NiMnSe₂(记作Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂)。Mo的少量掺杂为电极材料提供了丰富的反应活性位点,大大提高了NiMnSe₂的电化学性能。在1 A·g^-1时,Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂的比容量达到1 404.0 F·g^-1。掺杂Mo显著降低了NiMnSe₂的电荷转移电阻和扩散电阻。组装的混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC (活性炭)比容量达到81.6 F·g^-1,且倍率性能优异。在2 A·g-1下连续充放电10 000周,容量保持率为95.8%,表现出超高的循环稳定性。混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC在376.6 W·kg^-1的功率密度下,能量密度达25.5 Wh·kg^-1,高于NiMnSe2//AC (17.3 Wh·kg^-1)。     

包覆Y(OH)3的球形Ni(OH)2的电化学性能

利用软嵌式粉末电极技术研究了Y(OH)3包覆对球形Ni(OH)2电化学性能的影响. 循环伏安结果表明, 在球形Ni(OH)2的氧化过程中存在Ni(Ⅲ)和Ni(Ⅳ)的两步氧化反应, 产生的Ni(Ⅳ)不稳定, 能分解产生NiOOH和氧气, 所以可将Ni(Ⅲ)→Ni(Ⅳ)看作副反应. Y(OH)3包覆层对Ni(OH)2氧化过程后期的副反应, 特别是Ni(Ⅲ)→Ni(Ⅳ)具有较好的抑制作用. 由包覆后的Ni(OH)2制成的模拟电池表现出很好的高温性能, 在1C充放电条件下, 当Y的摩尔分数为1.61%时, 在60 ℃时所对应的容量保持率可达到25 ℃的92.7％; 当Y的摩尔分数仅为0.55 %时, 在60 ℃时所对应的质量比容量也可达到241.3 mA·h/g.