镧掺杂的二氧化锰/碳纳米管电化学超级电容器复合电极

尽管在二氧化锰/多壁碳纳米管（MnO₂/MWCNTs）上获得了较高的比电容,低电导率仍是制约MnO₂担载量或膜厚度提高的主要障碍.另一个问题是MnO₂/MWCNTs的循环稳定性远低于活性炭.所以截止到目前这一新型材料的应用仍然受到很大的限制.本文采用原位还原的方法制备镧掺杂二氧化锰/多壁碳纳米管电化学超级电容器复合电极材料.分别通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱等技术对这些复合材料的形貌与结构进行了分析.采用循环伏安法、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,通过还原MnO₄^-可以在MWCNTs上形成La掺杂MnO₂复合材料.La掺杂降低了复合电极的电阻,这是因为La的引入可以增大MnO₂的晶格缺陷,从而提高材料的电导率以及电极的电化学性能.因此La掺杂是克服MnO₂本征导电性差的有效途径之一.掺杂La可以在不增大电极电阻的情况下提高MnO₂的担载量或膜厚度.La掺杂的更重要的作用是使以MnO₂/MWCNTs作电极的对称电化学超级电容器的循环性能得到显著改善.此外,La掺杂也使复合电极的比电容得到一定程度的提高.     

基于碳纳米管的超级电容器研究进展

综述了基于碳纳米管及其复合材料作超级电容器的电极材料的研究现状,通过对碳纳米管的改性或与其它材料复合,能有效地提高电容器的电容特性。总结了近几年来在开发超级电容器电极材料领域中对碳纳米管的活化和提高碳纳米管的分散性技术、碳纳米管与过渡金属氧化物复合材料、碳纳米管与导电聚合物复合材料以及碳纳米管与石墨烯复合材料研究的进展。     

三维碳微米管/碳纳米管复合结构的制备及在超级电容器中的应用

利用天然生物质杨絮特殊的管状结构通过简单的高温碳化法制备出碳微米管(CMTs). 将所得到的碳微米管作为基底, 采用化学气相沉积法制备出三维结构的碳微米管/碳纳米管(CNTs)复合材料. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼光谱仪对其进行了详细分析. 通过两电极测试体系对其超级电容性能进行测试, 碳微米管/碳纳米管复合电极在1 mol·L^-1Li₂SO₄电解液中的比电容值可达77 F·g^-1, 远大于碳微米管的比电容值(23 F·g^-1).     

碳纳米管用作超级电容器电极材料

碳纳米管由于具有化学稳定性好、比表面积大、导电性好和密度小等优点,是很有前景的超级电容器电极材料。本文介绍了碳纳米管用作超级电容器电极材料的研究现状,总结了单纯碳纳米管电极材料和碳纳米管复合物电极材料的特点与性能,并探讨了今后碳纳米管电极材料的发展方向。     

MnO2电沉积直立碳纳米管制备超级电容器

以直立碳纳米管为基底,以pH=6.0的0.1 mol/L Na2SO4为底液,采用电化学沉积法在0.2 mol/L Mn(CH3COO)2溶液中制备了直立碳纳米管与MnO2复合材料. SEM测试结果表明,复合材料表面呈现多孔状结构. 通过循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法对复合材料修饰电极进行电容性质测试. 结果表明,在1 mol/L KCl溶液中,0～0.6 V(vs.Ag/AgCl参比)电位窗口内此复合材料表现出优良的超电容性能. 直立碳纳米管电极的比电容为16 F/g,在碳纳米管表面沉积上MnO2修饰层后,复合材料电极的比电容增大至330 F/g,比电容量大幅提升近20倍. 同时扫描200圈后,直立碳纳米管与MnO2复合材料的循环伏安曲线变化很小,具有相当好的循环寿命和电容稳定性能.     

载氧化钌碳纳米管超级电容器电极

研究了一种采用溶胶-凝胶方法制备超细氧化钌粉末的新方法，该方法制备的氧化钌电极材料在250 ℃热处理后具有570 F•g－1的比电容量并具有典型的多孔特征.通过在碳纳米管表面化学沉积氧化钌的方法制备了不同成分的氧化钌/碳纳米管复合电极,并探讨了其电化学伏安特性和直流充放电特性.该复合电极具有高能量密度特性，同时还具有良好的高功率放电特性.     

直立碳纳米管超级电容器的研究

在石英玻璃基底上,以酞菁裂解法低压气相沉积制备大面积管径均匀、长度一致的直立碳纳米管.分别应用电解质溶液浸润、酸处理和循环伏安扫描等3种不同方法纯化活化该直立碳纳米管,并以活化后的碳纳米管作为原型超级电容器的电极.循环伏安扫描和交流阻抗测试表明,CV曲线呈近似矩形,交流阻抗最大相位角超过80°,该直立碳纳米管的比电容为16~32F/g,乃超级电容器理想的电极材料.     

氧化镍/碳纳米管复合型超级电容器的研制

通过电化学阴极还原的方法制备了氧化镍电极材料。经250℃脱水处理后氧化镍材料表现出法拉第赝电容的电化学特性且材料单电极比容量达到210F·g^-1，优于普通活性炭材料。本文采用催化裂解法制备了碳纳米管电极材料，比容量达到了42F·g^-1。提出了采用电化学法沉积氧化镍和碳纳米管分别作为电容器正负极的新工艺，该工艺制备的复合型超级电容器的工作电位达到了1.6V，且具有良好的大电流放电特性。实验还表明该型氧化镍超级电容器具有极低的自放电率。     

MnO2电沉积直立碳纳米管制备超级电容器的研究

以直立碳纳米管为基底,以pH=6.0的0.1mol/L Na2SO4 为底液,采用电化学沉积法在0.2 mol/L Mn(CH3COO)2溶液中制备了直立碳纳米管与二氧化锰复合材料。SEM测试结果表明复合材料表面呈现多孔状结构。通过循环伏安,恒流充放电,交流阻抗等电化学方法对复合材料修饰电极进行电容性质测试。实验结果表明,在1mol/L KCl 溶液中,0-0.6V(vs. 银/氯化银参比)电位窗口内此复合材料表现出优良的超电容性能。直立碳纳米管电极的比电容为16 F/g,在碳纳米管表面沉积上二氧化锰修饰层后,此复合材料电极的比电容增大至330 F/g,比电容量大幅提升近20倍。同时扫描200圈后,直立碳纳米管与二氧化锰复合材料的循环伏安曲线变化很小,说明其具有相当好的循环寿命和电容稳定性能。     

可用至3.5 V的碳纳米管阵列超级电容器

应用化学气相沉积在钽片和不锈钢片表面直接生长碳纳米管阵列(CNTA)制备超级电容器电极,并分别作正、负极组装有机体系扣式电容器.扫描电子显微镜、循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗表征、测试材料的微观形貌和电化学性能.结果表明,该电容器可获得高达3.5 V的工作电压,较长的循环寿命,较好的倍率性能.基于CNTA质量的比功率和比能量性能分别为928 kW.kg-1和19 Wh.kg-1.     

炭载二氧化锰的制备和锂离子超级电容器性能的研究

制备了炭气凝胶载二氧化锰(AG-MnO₂)复合材料, 材料物理化学表征表明, 在炭气凝胶表面和微孔内沉积二氧化锰, 改善了炭气凝胶的电化学性能. 以炭二氧化锰复合材料为负极, LiMn₂O₄为正极, 设计出一种新型的高能量密度混合电容器, 并研究了负极工作电位范围对电容器性能的影响. 研究结果表明, 引入高容量的AG-MnO₂复合材料, 并通过扩大负极工作电位区间, 可设计出能量密度高达92 Wh•kg^－1(基于正负极活性质量)的混合电容器, 为炭对称电容器的5倍. 这种混合电容器经过1000次循环, 容量仍然保持在80%以上.     

基于碳纳米管－聚苯胺纳米复合物的超级电容器研究

为了提高碳纳米管的比容, 采用化学原位聚合的方法在碳纳米管的表面包覆聚苯胺, 制备碳纳米管-聚苯胺纳米复合物. 运用TEM和IR对样品进行了表征. 通过循环伏安研究样品的电化学特性. 利用恒流充放电考察基于碳纳米管-聚苯胺复合物超级电容器的性能. 在相同实验条件下, 对碳纳米管进行了比较分析. 实验结果表明, 在电流密度为10 mA/cm²时, 碳纳米管和碳纳米管-聚苯胺复合物的比容分别为52和201 F/g. 基于碳纳米管-聚苯胺纳米复合物的超级电容器的能量密度达到6.97 Wh/kg, 并且具有良好的功率特性.     

Carbon Nanotube Fibers Decorated with MnO2 for Wire-Shaped Supercapacitor

Fibers made from CNTs (CNT fibers) have the potential to form high-strength, lightweight materials with superior electrical conductivity. CNT fibers have attracted great attention in relation to various applications, in particular as conductive electrodes in energy applications, such as capacitors, lithium-ion batteries, and solar cells. Among these, wire-shaped supercapacitors demonstrate various advantages for use in lightweight and wearable electronics. However, making electrodes with uniform structures and desirable electrochemical performances still remains a challenge. In this study, dry-spun CNT fibers from CNT carpets were homogeneously loaded with MnO₂ nanoflakes through the treatment of KMnO₄. These functionalized fibers were systematically characterized in terms of their morphology, surface and mechanical properties, and electrochemical performance. The resulting MnO₂–CNT fiber electrode showed high specific capacitance (231.3 F/g) in a Na₂SO₄ electrolyte, 23 times higher than the specific capacitance of the bare CNT fibers. The symmetric wire-shaped supercapacitor composed of CNT–MnO₂ fiber electrodes and a PVA/H₃PO₄ electrolyte possesses an energy density of 86 nWh/cm and good cycling performance. Combined with its light weight and high flexibility, this CNT-based wire-shaped supercapacitor shows promise for applications in flexible and wearable energy storage devices.     

碳纳米管/石墨烯复合结构及其电化学电容行为

本文综述了超级电容器电极材料碳纳米管/石墨烯复合结构的制备方法,以及由该结构和赝电容活性物质形成的三元复合体系的电化学电容行为研究进展,并提出合理设计的碳纳米管和石墨烯复合结构可以有效发挥其高电导率、高比表面积和合理孔隙结构的优势,实现活性物质的高密度负载,从而获得具有高容量、良好倍率特性和长寿命的电化学超级电容器电极材料。     

石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备进展

石墨烯/碳纳米管复合材料具有石墨烯和碳纳米管的共同特性,它弥补了石墨烯不连续和碳纳米管网存在间隙这两方面缺点。 本文探讨了石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备新进展,阐述了利用自组装合成、非原位合成以及非化学合成等方法制备厚度薄、强度高和比电容高等特点的石墨烯/碳纳米管复合薄膜的方法,对石墨烯/碳纳米管复合薄膜在传感器、锂电池和超级电容器等方面的应用前景进行了展望。     

Mesoporous Manganese Oxide/Lignin-Derived Carbon for High Performance of Supercapacitor Electrodes

This study explores the modification of lignin with surfactants, which can be used as a template to make mesoporous structures, and can also be used in combination with manganese oxide to produce manganese oxide/lignin-derived carbon. Organosolv extraction, using ethanol (70%) at 150 °C, was carried out to extract lignin from oil palm wood. Lignin was then mixed with Pluronic F-127, with and without Mn(NO₃)₂, and then crosslinked with acidic formaldehyde, resulting in a carbon precursor-based modified lignin. Carbonization was carried out at 900 °C to produce lignin-derived carbon and manganese oxide/lignin-derived carbon. The characterization materials included Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, scanning electron microscope-energy dispersive X-ray (SEM-EDX) mapping, X-ray diffraction (XRD), and N₂-sorption analysis. FTIR curves displayed the vibration bands of lignin and manganese oxide. SEM images exhibited the different morphological characteristics of carbon from LS120% (lignin with a Pluronic surfactant of 120%) and LS120%Mn20% (lignin with a Pluronic of 120% and Mn oxide of 20%). Carbon LS120% (C-LS120%) showed the highest specific surface area of 1425 m²/g with a mean pore size of 3.14 nm. The largest mean pore size of 5.23 nm with a specific surface area of 922 m²/g was exhibited by carbon LS120%-Mn20% (C-LS120%-Mn20%). C-LS120%Mn20% features two phases of Mn oxide crystals. The highest specific capacitance of 345 F/g was exhibited by C-LS120%-Mn20%.     

碳纳米管含量对炭炭复合材料组织及力学性能的影响

炭纤维上原位合成了均匀生长且具有伸张形貌的碳纳米管,借助化学气相渗透制备了碳纳米管增强的炭炭复合材料,研究了不同含量的碳纳米管对炭炭复合材料组织和力学性能的影响。结果表明：炭纤维上生长碳纳米管改变了热解炭的沉积行为,诱导了各向同性热解炭的生成,且随着碳纳米管含量的增加,各向同性热解炭的厚度增加,但是复合材料的d002值却明显降低。微量的碳纳米管即可显著提高复合材料的力学强度,随着其含量的增加,复合材料的力学强度和模量迅速提高,但材料的断裂行为却急剧恶化,断裂模式由最初的假塑性断裂转变为脆性断裂。     

聚苯胺共价接枝碳纳米管复合材料的制备及其超电容性能的研究

以氨基化的碳纳米管为基体, 通过低温原位聚合的方法将聚苯胺共价接枝于碳纳米管表面, 通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见光(UV-vis)、傅里叶红外(FT-IR)、拉曼(Raman)及电化学方法对复合材料进行了表征. 结果表明通过低温原位聚合的方法可以使聚苯胺均匀接枝于碳纳米管表面. 电化学测试结果表明, 碳纳米管共价接枝聚苯胺作为超级电容器材料在0.5 A/g条件下聚苯胺的电容贡献值为754.8 F/g, 同时其倍率性能以及循环稳定性方面都明显优于聚苯胺非共价修饰的碳纳米管复合材料.