电化学混合电容器用新型聚吡咯/介孔碳纳米复合电极

采用介孔碳CMK-3作为载体,通过化学原位聚合的方法制备出一种新型的聚吡咯/介孔碳(PPy-CMK-3)纳米复合材料.将该纳米复合材料作为正极,配以介孔碳CMK-3为负极和1.0mol·L-1NaNO3中性电解液,组装成为电化学混合电容器.电化学测试表明:在5.0mA·cm-2电流密度和1.4V充放电电位条件下,其放电比容量达57F·g-1,电容器功率密度为2.5×102W·kg-1,能量密度达17Wh·kg-1.当电流密度从5.0mA·cm-2增加至50mA·cm-2时,电容器的容量保持率在80%以上,显示高倍率充放电特性优异.此外,聚吡咯-介孔碳/介孔碳电化学混合电容器易活化,并具有优异的充放电效率和良好的循环稳定性能.     

ZIFs骨架型双壳层纳米笼状CoS/NiCo2S4的制备及其电化学性能

采用离子刻蚀和化学气相沉积法制备出具有沸石咪唑酯骨架(ZIFs)型双壳层纳米笼状的CoS/NiCo_2S_4并组装成超级电容器。该结构有较大的比表面积(98 m2·g-1),合适的孔道(孔径4 nm),且保留了ZIFs骨架构型。作为电极活性材料时,具有良好的结构稳定性和电化学活性,有利于增强所组装的超级电容器的循环稳定性和比容量。在三电极体系中,在1 A·g-1的电流密度下,容量为1 230 F·g-1;在3 A·g-1电流密度下循环9 000圈后,初始电容保持率为76.6%。在以该电极、活性炭电极与KOH/聚乙烯醇(PVA)凝胶态电解质组装的器件中,当功率密度为702 W·kg-1时,能量密度达31.6 Wh·kg-1;在7 056 W·kg-1的高功率密度下,仍保持16.5 Wh·kg-1的能量密度。     

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.     

活性炭基Li2SO4水系电解液超级电容器

采用中性Li2SO4水溶液代替H2SO4和KOH作为电解液制备了活性炭(AC)基对称型超级电容器,使水系超级电容器的工作电压由1.0V提高到了1.6V.采用循环伏安和充放电测试研究了电容器的稳定电化学窗口.电化学充放电测试表明电容器在0.25A.g-1电流密度下单电极比容量可达129F.g-1,在功率密度为160W.kg-1时能量密度达到10Wh.kg-1(以正负极活性物质的总质量计).1.6V恒压充电1h后电容器漏电流为0.22mA.超级电容器的库仑效率接近100%,充放电循环5000次后容量仍可保持在92%以上.研究了电解液的浓度对电容器电化学性能的影响,发现随着Li2SO4浓度的增大电容器的电荷转移电阻显著减小,大电流充放电性能提高.活性炭基Li2SO4水系电解液超级电容器具有工作电压高、能量密度高和对环境友好等优点,因此有很好的产业化前景.     

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.     

介孔-C/MnO2非对称超级电容器的研究

以氧化硅介孔分子筛SBA-15为模板制备出介孔MnO2和介孔炭, 并分别作为正极和负极在6 mol·L-1 KOH电解液中组装出新型非对称超级电容器. 小角X射线衍射(LXRD)、透射电镜(TEM)以及N2吸附-脱附测试表明样品具有介孔结构, 且比表面积较大, 孔径分布范围较窄. 采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学方法考察了非对称超级电容器的性能. 在0.1 A·g-1电流密度、不同充放电电位下进行研究, 得出最佳充放电电位为1.8 V. 结果表明, 在0.1 A·g-1电流密度、1.8 V的充放电电位下电容器的充放电性能良好, 等效串联电阻(ESR)为1.15 Ω, 功率密度为89.0 W·kg-1, 能量密度达31.3 Wh·kg-1, 首次放电比容量为76.7 F·g-1, 经过1000次循环容量仍保持在69.5 F·g-1.     

镍钴氢氧化物的制备及其电化学性能

采用化学共沉淀法成功制备了片状镍钴氢氧化物,并探究了不同镍钴物质的量比对样品形貌及电化学性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)及比表面积孔径分析仪(BET)对样品的结构、形貌进行了表征,并利用循环伏安法、恒电流充放电法等对其电化学性能进行了分析。结果表明,n(Ni)∶n(Co)=4∶1的样品直接用作电极材料时,具有最好的电化学性能:在0.5 A/g的电流密度下拥有1852 F/g的高比容量;电流密度增大20倍时,仍拥有1330 F/g的高比容量。以镍钴氢氧化物为正极,活性炭为负极组装的非对称式超级电容器在346 W/kg的功率密度下,能量密度达52 Wh/kg,在循环10000圈之后电容保持率为92%。优异的电化学性能表明,片状镍钴氢氧化物是很有应用潜力的电极材料之一。     

无模板剂合成用于超级电容器的二氧化锰/石墨烯复合材料(英文)

以尿素、四水合氯化锰和氧化石墨烯为原料,采用水热法并通过热分解制备了一种具有石墨烯包覆结构的石墨烯-二氧化锰复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、比表面积(BET)、拉曼光谱和热失重等技术对其形貌、晶体结构及表面结构进行了表征;在三电极条件下利用循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法测试了材料的电化学性能,并考察了不同石墨烯含量对材料比电容的影响.结果表明,在不添加模板剂的条件下制备的复合材料中二氧化锰是具有介孔结构的α-MnO2,当复合15%(质量分数)的石墨烯后材料的比表面积从109 m2·g-1提高到168 m2·g-1.复合材料具有更好的电化学性能,在0.2 A·g-1电流密度下复合材料的比电容达到最大值(454 F·g-1),远高于纯二氧化锰的值(294 F·g-1).在2 A·g-1的电流密度下恒流充放电2000次后复合材料的比电容保持率为92%.     

碳纳米管/聚苯胺/铁氰化镍复合膜的电化学共聚制备与电容性能

采用循环伏安一步共聚法在碳纳米管修饰的铂基体上制备了电活性碳纳米管/聚苯胺/铁氰化镍(CNTs/PANI/NiHCF)复合膜.用傅立叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线能谱仪(EDS)和扫描电镜(SEM)研究了复合膜组成及其表面形貌,并用循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗(EIS)等测试了复合膜的循环稳定性与电化学容量性能.研究表明:CNTs/PANI/NiHCF复合膜为三维多孔有序的网络状结构,PANI和NiHCF以纳米颗粒形式存在并沿CNTs均匀分布;在电流密度为2mA.cm-2时,CNTs/PANI/NiHCF复合膜的比容量高达262.28F.g-1,比能量为29.51Wh.kg-1,电流密度为10mA.cm-2时比功率可达10228.61W.kg-1;在2000次循环充放电过程中,复合膜的电容量仅衰减19.92%,电荷充放电效率一直保持在99%以上.CNTs/PANI/NiHCF有机-无机杂化膜具有良好的功率特性和快速充放电能力,是一种优异的超级电容器材料.     

CuO/GNS复合材料的制备及其电化学性能

利用改进的Hummers 法制备GO,采用化学沉淀法合成CuO/GNS复合材料,用X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(FESEM)、比表面积测试(BET)等表征了产物的组成、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。结果显示：在这种复合材料中,石墨烯作为导电骨架,有利于增加氧化铜颗粒之间的导电性和材料的机械稳定性。大电流放电表现出优异的电化学性能,在 10 A.g_-1的电流密度下复合材料的比电容仍可达 276 F.g_-1,1000 次循环后比电容仍能保持86.5%,呈示该复合材料具有优异的电化学性能。     

碳纳米管/五氧化二钒空心球的制备及其电化学性能研究

采用溶剂热法制备了碳纳米管穿插的分级结构五氧化二钒空心球（VOC_x）. 使用XRD、SEM、循环伏安曲线和充放电曲线研究了不同碳纳米管量对产物结构、形貌和电化学性能的影响. 结果表明,碳纳米管的加入明显改善了VOC的倍率特性. 碳纳米管含量为7.1%时,0.5 A·g^-1电流密度下,其比电容达到346 F·g^-1,8 A·g^-1电流密度时,其电容保持率可达75%. 与活性炭组装成混合电容器,在功率密度为700 W·kg^-1时,能量密度达12.6 Wh·kg^-1.     

水热反应温度对三维还原氧化石墨烯的形貌、结构和超级电容性能的影响

以氧化石墨凝胶制备的氧化石墨烯溶胶为前驱体,在120-220°C条件下,采用水热法制备了系列不同还原程度的三维还原氧化石墨烯,采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试等手段研究了水热反应温度对材料形貌、结构和超级电容性能的影响.结果表明:采用水热法制备的三维还原氧化石墨烯呈多孔网状结构,材料的体积和内部网状孔径随着水热反应温度的升高而减小;同时,氧化石墨烯的还原程度随反应温度的升高而增加,有序度提高,其结构逐渐向着类石墨结构转化;而材料的比电容和能量密度则随反应温度的升高呈现出先增大后减小的趋势,且均以双电层电容为主;相比之下,当水热反应温度为180°C时,制备的三维还原氧化石墨烯具有最佳的超级电容性能,在电解液为6mol·L-1的KOH溶液中,0.5A·g-1电流密度下其比电容达到315 F·g-1,10 A·g-1时仍能保持212 F·g-1的高比容量,能量密度为40.5Wh·kg-1,5000次循环后比电容保持率为86%,表现出了良好的电化学性能.     

氮硫双掺杂活性炭材料的制备和电容性能

以头发和蔗糖为原料, 通过水热碳化和KOH活化两步法制备了氮硫双掺杂微孔炭材料. 利用扫描电子显微镜, 透射电子显微镜, 氮气吸脱附, X射线光电子能谱, 电子能谱和傅里叶交换红外光谱等手段系统表征了所制备活性炭材料的微观形貌, 孔隙结构和表面化学性质. 并在6 mol·L^-1 KOH溶液中研究了所制备活性炭材料的电容性能. 氮气吸脱附测试表明, 所制备活性炭材料的比表面积最高可达1849.4 m²·g^-1, 孔道以微孔为主. 所制备活性炭材料氮元素含量为1.6%-2.5% (原子分数(x))), 硫元素含量为0.2%-0.5% (x). 由于N、O、S官能团的协同作用, 所制备碳材料表现出明显的赝电容. 活性炭材料的比电容值最高可达200 F·g^-1, 对应的能量密度为6.9 Wh·kg^-1. 功率密度达到10000 W·kg^-1时, 能量密度仍达到4.1 Wh·kg^-1. 本文的工作表明以生物质为原料可以方便制备氮硫双掺杂活性炭电极材料.     

以多层次聚苯胺颗粒为电极活性物质的超级电容器的电化学性能

以(NH₄)₂S₂O₈为氧化剂用化学氧化法合成了具有多层次结构的聚苯胺颗粒，其二次颗粒由一次颗粒集结而成，一次颗粒的粒径基本上在1 μm以下，一次颗粒由多层微小薄片叠合而成. 用这种聚苯胺为活性物质制成电极，以2 mol•L^-1的H₂SO₄水溶液作电解液，组装成了聚苯胺电极超级电容器. 用循环伏安法、电化学阻抗谱和恒电流充放电技术测试了该超级电容器的电化学性能.在7 mA的充放电电流下，它的比能量可达6.35 Wh•kg^-1，比功率可达132 W•kg^-1，电极材料的比容量可达408 F•g^-1. 在20 mA的充放电电流下，它的比能量可达4.39 Wh•kg^-1，比功率可达328 W•kg^-1，电极材料的比容量可达324 F•g^-1. 在100次的充放电循环中，聚苯胺电极超级电容器的电容量没有下降，电荷充放电效率一直保持在95%左右.     

功能化石墨烯/聚苯胺复合电极材料的制备和电化学性能

利用水合肼还原十八胺(ODA)接枝的氧化石墨烯(GO),得到了十八胺功能化石墨烯(ODA-G),将ODAG与聚苯胺(PANI)通过溶液共混法,制备了功能化石墨烯和聚苯胺纳米复合材料(ODA-G/PANI).采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、拉曼(Raman)光谱及透射电镜(TEM),对复合材料的结构和形貌进行了表征;利用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗谱等,对复合材料的电化学性能进行了测试.结果显示,少量ODA-G的引入为PANI的电化学氧化还原反应提供了更多的电子通道和活性位置,有利于提高PANI的赝电容.在电流密度1.0 A·g-1下,2%(w)ODA-G/PANI的比电容达到787 F·g-1,而相应的PANI仅有426 F·g-1.此外,ODA-G/PANI的循环稳定性也远高于纯PANI.     

多巴胺改性聚吡咯衍生掺氮多孔碳材料的制备及其超电容性能

含氮聚合物材料在惰性气氛下热解能够产生掺氮多孔碳材料. 基于化学聚合法合成多巴胺(DA)改性的聚吡咯(PDA-PPy), 高温热解制备出掺氮多孔碳材料(NPC). 用傅里叶变换红外(FTIR)光谱, 拉曼光谱, X射线光电子能谱(XPS)分析和扫描电镜(SEM)研究其结构与形貌. 随着DA 与吡咯(Py)单体的摩尔比不断变化,PDA-PPy的形貌也随之改变, 进而影响NPC的超电容性能. 循环伏安和恒流充放电测试表明, 当DA与Py 单体的摩尔比为0.5时, 在0.5 A·g^-1的电流密度下, NPC的比电容可以达到210 F·g^-1, 电流密度为10 A·g^-1时, 比电容可以达到134 F·g^-1, 电容保持率为63.8%.     

氮掺杂介孔碳的制备及其电化学超电容性能

Nitrogen-doped mesoporous carbons (NMCs) were synthesized by direct carbonization of zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) nanopolyhedrons. The surface morphology and structure were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and surface area and pore size analyzer. The electrochemical supercapacitive properties of the NMCs were also investigated. The results showed that the NMCs had a uniformmorphology, mesoporous nanostructure, and high surface area (2737m²·g^-1). On the other hand, based on the excellent surface wettability, pseudocapacitive behavior and electrolyte accessibility resulted fromN-doping and the mesoporous structure, the NMCs exhibited excellent electrochemical supercapacitive properties: a high specific capacitance (307 F·g^-1 in 1.0 mol·L^-1 H₂SO₄ solution, at 1 A·g^-1), good power characteristics, and satisfactory stability (the capacitance retained ratio was 96.9%after 5000 cycles even at a high current density of 10A·g^-1).     

双钙钛矿La2CoNiO6无机纳米纤维的制备及超级电容器性能

以聚乙烯吡咯烷酮/硝酸镧-乙酸钴-乙酸镍(PVP/LCN)为前驱体, 采用静电纺丝法, 经预氧化、碳化, 制得双钙钛矿La₂CoNiO₆无机纳米纤维超级电容器电极材料. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对其形貌和结构进行表征. 结果表明, 纤维由菱形结构的La₂CoNiO₆纳米颗粒相互连接而成, 呈链状空间网状结构. 循环伏安(CV)、恒流充放电(CP)和循环寿命测试表明, La₂CoNiO₆纳米纤维电极材料在三电极体系中, 电流密度为0.25 A·g^-1时, 比电容值达335.0 F·g^-1; 在对称型双电极体系中, 电流密度为0.25 A·g^-1时, 比电容值可达到129.1 F·g^-1,表现出良好的电容性能.