用于超级电容器电极材料的聚苯胺基碳(英文)

在不同温度下碳化硫酸掺杂的聚苯胺制备了含杂原子(氮和氧原子)的新型碳材料.分别通过扫描电镜、元素分析仪、X射线光电子能谱仪和比表面积测试仪对这些碳材料的形貌特征、元素组成、表面化学组成和比表面积进行了表征.用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法对其进行了电化学性能的研究.研究结果表明,在温度为800℃下碳化聚苯胺得到的碳有很好的电化学性能,尽管它的比表面积很小(325m·2g-1),但在0.5A·g-1电流密度下其比电容高达153F·g-1.它的高比电容可能与其含有合适比例的杂原子(氮和氧原子)有关,因为合适比例的氮和氧杂原子能够产生最大的赝电容.这些结果表明这种碳材料是一种很有发展前景的超级电容器电极材料.     

大孔SiO_2/ATO电极的制备及其电化学性能研究

以大孔SiO2为载体,通过SnCl2/SbCl3的乙二醇溶液的浸渍,孔道内两步水解和高温煅烧等处理,制备出大尺寸大孔径的ATO/SiO2导电材料,用SEM﹑FTIR﹑XRD﹑XPS对其进行结构表征,用稳态极化和苯胺电化学聚合研究其电化学特性。结果表明,ATO以10nm尺寸的微粒形式均匀致密的负载在SiO2薄层上,电导率随ATO含量的增加而提高,负载三次后的体积电阻是18Ω·cm,比表面积达到77m2·g-1。ATO/SiO2大孔电极在酸性和中性条件下分别具有2.5和2.2V的析氧电位。SiO2/ATO电极在恒电流下可以使苯胺发生电氧化聚合,并在ATO表面覆盖上聚苯胺导电膜,循环伏安实验表明聚苯胺具有电活性,并且电信号随着电极润湿程度的增加而增加,表明大孔电极的高比表面积对电化学反应有促进作用。     

花生壳制备微孔炭及其在电化学超级电容器中的应用

以未使用和使用氢氧化钠溶液处理的花生壳为碳源分别制备出微孔炭PSC-1和PSC-2.PSC-1和PSC-2的比表面积分别为552和726m2·g-1,其主要孔径都约为0.8nm.用PSC-1和PSC-2制备的电极和对称型超级电容器的循环伏安曲线均接近矩形,表明其具有良好的电容特性.在以微孔炭电极为工作电极、铂电极为对电极和银/氯化银电极为参比电极组成的三电极体系测量表明,在0.1A·g-1的电流密度下,PSC-1和PSC-2的比电容达到233和378F·g-1.经过1000次恒电流充放电循环后,在三电极体系和超级电容器中电极均表现出良好的稳定性和电容保持率.基于实验结果探讨了微孔炭的形成机理及其结构与电化学性质之间的联系.     

阳离子表面活性剂作用下制备一维纳米结构聚苯胺

在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在下, 以盐酸为质子酸, 过硫酸铵为氧化剂, 制备了平均直径为115 nm、具有分叉结构的聚苯胺纳米纤维和平均直径为75 nm的卷曲聚苯胺纳米线, 两者的结构产率高达90%和100%, 电导率分别为1.6×10-2和9.3×10-2 S/cm. 研究发现, 聚苯胺的一维纳米结构受盐酸浓度和苯胺与CTAB摩尔比的协同影响. 用TEM, SEM和FTIR对产物的形貌和化学结构进行了表征. 利用pH监测反应并结合SEM结果研究了聚苯胺纳米线的形成过程, 结果表明, CTAB阳离子与过硫酸根形成的絮状物的诱导作用是聚苯胺纳米纤维和纳米线形成的关键因素.     

聚1,5-二氨基蒽醌二次锂电池正极材料研究

采用化学氧化方法合成了聚1,5-二氨基蒽醌(PDAAQ)并用于二次锂电池.借助红外光谱确定其分子结构,实验测得材料的平均粒径为7.9μm,比表面积为8.9 m2.g-1,具有0.8 S.cm-1的电导率,符合作为电极材料使用的基本要求;电化学测试表明,作为二次锂电池正极材料使用时,聚合物重复单元中除了醌基团与Li+所发生的电化学氧化还原反应外,聚苯胺导电骨架也对PDAAQ的能量密度和循环性产生贡献.充放电曲线则进一步确定了聚苯胺骨架与醌基团协同作用的存在,实验表明,在Li(CF3SO2)2N/PC+DGDM电解液中,基于活性材料PDAAQ的首次放电容量达到221 mAh.g-1,经过40次充放电循环,容量保持率为80%,因此聚1,5-二氨基蒽醌具有较大应用潜力.     

高能量密度和功率密度炭电极材料

以核桃壳为原料, 采用同步物理-化学活化法制备活性炭(AC). 用氮气吸附法和傅立叶红外光谱(FTIR), 对活性炭的孔结构和表面官能团进行了分析. 以活性炭为电极材料制备炭电极, 6 mol·L-1 KOH溶液为电解液组装成超级电容器, 利用恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试方法研究其电化学性能及其与活性炭材料结构的关系. 结果表明, 实验电容器的内电阻、漏电流小, 循环充放电稳定性好, 容量保持率高; 活性炭的比电容随比表面积的增加而增大, 且与BET比表面积呈线性相关; 孔径在1.5-4 nm之间的孔表面有利于形成有效的双电层. 中等比表面积1197 m2·g-1炭样的比电容高达292 F·g-1, 80 mA充放电时, 电容器能量密度高达7.3 Wh·kg-1, 功率密度超过770 W·kg-1,峰值功率密度为5.1 W·g-1.     

由苯胺二聚体电化学制备聚苯胺的形貌可控性初探

以苯胺二聚体（N-phenyl-p-phenylenediamine）为起始单体,在1 mol·L^-1高氯酸水-乙腈混合液中,玻碳电极表面电化学制备聚苯胺. 实验结果表明,苯胺二聚体单体的聚合电位比苯胺单体的低约0.2 V,并且其聚合物具有更高的形貌可控性. 苯胺二聚体单体浓度分别为1、5和10 mmol·L^-1时,采用分步恒电流法可分别制备出形貌均一的聚苯胺纳米粒子（粒径30 nm）、超长的纳米线（> 5 μm 直径50 nm）和大面积纳米片（4 μm × 2 μm × 30 nm）.     

电化学制备有序聚苯胺纳米线阵列

以有序碳纳米管阵列电极为基底电极,在硫酸或高氯酸溶液中,分别探明不同电化学聚合方法以及苯胺单体浓度对聚苯胺形貌的影响. 结果表明：采用循环伏安法无法制备出聚苯胺纳米线;而应用恒电位法虽可制得聚苯胺纳米线,但纳米线不能形成有序阵列;只有应用恒电流方法,并且以高浓度苯胺的高氯酸溶液作为聚合溶液,方能制得有序聚苯胺纳米线阵列.     

双峰孔分布薄壁中孔碳的便捷制备

以廉价的γ-氧化铝为模板制备薄壁中孔碳材料,且可在制备过程中方便地对碳材料的孔结构、微孔率等参数进行调控.以原位聚合的酚醛树脂为碳源取代蔗糖,简化了制备流程.制得的碳材料不仅可以较好地复制氧化铝模板的孔结构,且比表面积比以蔗糖为碳源的样品显著提高.在此基础上,选用模板堆积孔径与模板自身直径差异较大的长棒状氧化铝为模板,成功地以一种模板、经过一次聚合-碳化过程制备出了具有双峰孔分布(PSD)结构的薄壁碳材料,两个峰分别位于4 nm附近的较小中孔区和13 nm附近的较大中孔区.此外,所得碳材料的比表面积(>1800 m2·g-1)和孔容(>4.5 cm3·g-1)均很高,而微孔率却较低,具有优异的中孔特性.将所得碳材料用作电化学电容器的电极,电容可达200 F·g-1,且当电流密度从0.1 A·g-1升至1.0 A·g-1时,比电容仅衰减10%,表现出良好的电容性能.     

聚苯胺/碳纳米纤维复合材料的制备及电容性能

采用原位聚合法制备了聚苯胺/碳纳米纤维(PANI/CNF)复合材料,用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和孔分布及比表面积测定仪研究了复合材料的表面官能团、组成、表面形貌及比表面积,并运用循环伏安(CV)法和计时电位法测试了PANI/CNF布作为电极材料的电化学性能.研究结果表明:PANI/CNF复合材料具有粗糙的毛刺结构,PANI沿碳纳米纤维均匀分布;PANI/CNF电极氧化还原反应的可逆性良好;在100mA·g-1电流密度下,当PANI含量为44.4%(w)时,复合材料比电容量高达587.1F·g-1,比能量为66.1Wh·kg-1,电流密度为800mA·g-1时比功率可达1014.2W·kg-1;在5A·g-1的电流密度下,1000次循环充放电后,复合材料的比电容量衰减28%.PANI/CNF复合材料具有良好的导电性和快速充放电能力,是一种优良的超级电容器电极材料.     

聚乙撑二氧噻吩/二氧化锰纳米复合物的界面聚合制备及其电化学性能

采用界面聚合法制备聚3,4-乙撑二氧噻吩/二氧化锰(PEDOT/MnO2)纳米复合物. 通过红外(IR)光谱、X射线衍射(XRD)、BET比表面积、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行表征. 结果表明, 产物是具有丰富的多孔孔道结构的无定型纳米材料, 孔径主要分布在5-25 nm范围内, 比表面积可达98 m2·g-1. 同时用循环伏安(CV)、恒流充放电和交流阻抗(EIS)等电化学测试表明, 在0.5 mol·L-1 Na2SO4溶液中, -0.2 - 0.8 V(vs SCE)的电化学窗口下, PEDOT/MnO2纳米复合物显示出良好的电化学性能, 当电流密度为0.5 A·g-1时, 所制备的PEDOT/MnO2单电极比容量达196.3 F·g-1, 500次循环后样品放电比容量保持90%左右.     

功率型锂离子电池负极材料TiO2/石墨烯的制备及其电化学性能研究

采用无表面活性剂回流法制备了蜂窝状TiO2/石墨烯(GNs)复合材料.扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明,TiO2颗粒约5～10 nm,均匀地分散在石墨烯的表面.锂电池测试显示,1C充电容量稳定在240.1 mAh.g-1;30C充电容量为169.5 mAh.g-1;当电流调回1C时,其充电容量仍可完全恢复(241.7 mAh.g-1);10C 300周期循环电极容量保持率为89.8%.     

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。     

锂离子电池三维多孔Cu6Sn5合金负极材料的制备及其性能

以三维多孔泡沫铜为基底, 通过直接电沉积的方法制备锂离子电池Cu6Sn5合金负极材料. 发现合金表面大量的微孔和“小岛”不仅增大电极的表面积, 而且显著缓解充放电过程中的体积变化. 测得三维多孔Cu6Sn5合金的初始放电(嵌锂)容量为620 mAh·g-1, 充电(脱锂)容量为560 mAh·g-1, 库仑效率达到90.3%, 具有较好的循环性能. 扫描电子显微镜(SEM)结果显示, 在泡沫铜基底上制备的Cu6Sn5合金电极具有比通常的铜片基底更好的结构稳定性, 经过50 周充放电循环后无明显的脱落现象.     

聚苯胺/分级碳纳米管复合材料的制备与性能研究

在众多的导电高分子中，聚苯胺具有原料易得、合成简便、能进行快速与可逆的氧化还原反应、可储存高密度的电荷等优点，在能源、光电子器件、电容器、传感器、分子导线和分子器件，以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术等领域有着诱人的应用前景．近年来，将导电聚苯胺用于超电容器，倍受人们的广泛关注．     

A facile preparation and electrochemical properties of nickel based compound-graphene sheet composites for supercapacitors

Composites of a nickel based compound incorporated with graphene sheets(NiBC-GS) are prepared by a simple flocculation,using hydrazine hydrate as flocculant and reductant,from a homogeneous intermixture of nickel dichloride and graphene oxide dispersed in N,N-dimethylformamide.Morphology,microstructure and thermal stability of the obtained products were characterized by field-emission scanning electron microscopy,X-ray diffraction and thermal gravimetric analysis.Furthermore,the electrochemical properties of NiBC-GS,as electrode materials for supercapacitors,were studied by cyclic voUammetry and galvanostatic charge/discharge in 2 mol L~(-1) KOH solution.It was determined that for NiBC-GS annealed at 250 ℃.a high specific capacitance of 2394 Fg~(-1) was achieved at a current density of 1 Ag~(-1),with 78%of the value(i.e.,1864 Fg~(-1)) retained after 5000 times of repeated galvanostatic charge/discharge cycling.The high specific capacitance and available charge/discharge stability indicate the synthesized NiBC-GS250 composite is a good candidate as a novel electrode material for supercapacitors.     

低温合成樟脑磺酸掺杂聚苯胺微管的电化学电容行为

在低温条件下合成了长约为2-3 μm, 外径约为300-400 nm 的樟脑磺酸掺杂聚苯胺微管. 扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)显示, 生成的聚苯胺微管管径受樟脑磺酸浓度的影响, 高浓度的掺杂剂有利于管状聚苯胺的形成. 采用交流阻抗、循环伏安、恒流充放电等测试技术对不同产物的电化学电容行为进行了研究, 结果表明, 苯胺单体与樟脑磺酸的摩尔比为1:1时所得掺杂态聚苯胺电极具有较好的循环稳定性, 单电极比电容达到522 F·g-1.     

聚苯胺在电化学电容器中的应用

The performance of a newly designed, polyaniline activated carbon, hybrid electrochemical capacitor was evaluated. The polyaniline was prepared by the chemical oxidation/polymerization process. The capacitor was assembled by using polyaniline as a positive electrode and an activated carbon as a negative electrode respectively. From a cyclic voltammograms test, a specific capacitance of 420 F/g was obtained for polyaniline electrode. The cycle life of the cell is proved to be more than 1000 times by the Galvanostatic charge and discharge test. Values for the specific energy and real specific power of 15.5 Wh/kg and 2.8 W/g, respectively, are demonstrated for a cell voltage between 0.0 and 1.4 V. The max specific power for the hybrid capacitor amounts to 20.4 W/g.     

Polyaniline doped with dimethyl sulfate as a nucleophilic dopant and its electrochemical properties as an electrode in a lithium secondary battery and a redox supercapacitor

The physical properties of polyaniline (PAn) powder, doped by nucleophilic doping of dimethyl sulfate (DMS), were characterized, as well as its electrochemical behaviors, to investigate the possibility of a power source device adopting the PAn-DMS electrodes. It is shown that the nucleophilic addition of DMS into PAn concurrently resulted in an increase of the charge transport properties (e.g., electrical conductivity) and enhanced the processability (e.g., lowering of the melting point). The surface structure of PAn-DMS electrodes showed that the compactness of the electrode surface was helpful in increasing the capacity of lithium rechargeable batteries, whereas the porous behavior was valuable to improve the capacitance of a redox supercapacitor. Depending on the power source devices using the lump- and sheet-type PAn-DMS electrodes, the following optimized performances were obtained: more than 80 mA h g-1 after 50 cycles for lithium secondary battery use and approximately 115 F g-1 initially and approximately 94 F g-1 after 5000 cycles at a current density of 2.5 mA cm-2 for application as a redox supercapacitor, which were the highest reported performances for all PAn-based electrodes.