二硫化钼-碳复合材料用作钠离子电容电池负极材料

采用水热方法合成了二硫化钼-碳复合材料(MoS_2-C)。使用X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜,氮气吸-脱附和热重分析等手段对材料进行了物性表征。研究了MoS_2-C储钠机理,将其用作有机系钠离子电容电池负极材料,组装了MoS_2-C/AC电容电池,研究了电容电池的电化学性能。测试结果显示电容电池具有较高比能量和比功率,也表现出了较好的循环稳定性,经1000次循环后容量保持率高达96%。     

在多元醇体系中一锅法合成具有良好储锂性能的介孔碳-锡复合材料

以介孔碳(MC)为导电和支撑介质, 在多元醇体系中通过简便的化学还原方法制备纳米结构的介孔碳-锡(MC-Sn)复合材料. 采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和恒电流充放电实验对所得产物的形貌、结构及电化学性能进行表征. 结果表明, 大量的Sn纳米颗粒均匀且致密地附着在介孔碳上. 作为锂离子电池负极材料, MC-Sn复合物表现出了较好的循环性能和倍率性能. 例如, 在100 mA•g^-1的充放电速率下循环40圈, 其放电比容量保持在721.5 mAh•g^-1; 当充放电速率增大到1 A•g^-1时, 其放电比容量仍高达265.8 mAh•g^-1. 简单的制备方法和优越的储锂性能,使得MC-Sn复合材料成为一种理想的高性能锂离子电池负极材料.     

锂离子电池用多孔硅/石墨/碳复合负极材料的研究

在两步高能球磨和酸蚀条件下制得了多孔硅/石墨复合材料，并对其进行碳包覆制成多孔硅/石墨/碳复合材料。通过TEM，SEM等测试手段研究了多孔硅材料的结构。作为锂离子电池负极材料，电化学测试结果表明多孔硅/石墨/碳复合材料相比纳米硅/石墨/碳复合材料有更好的循环稳定性。同时，改变复合体配比、热解碳前驱物、粘结剂种类和用量也会对材料的电化学性能产生较大的影响。其中使用质量分数为10％的LA132粘结剂的电极200次循环以后充电容量保持在649.9 mAh·g^-1，几乎没有衰减。良好的电化学性能主要归因于主活性体-多孔硅颗粒中的纳米孔隙很好地抑制了嵌锂过程中自身的体积膨胀，而且亚微米石墨颗粒和碳的复合也减轻了电极材料的体积效应并改善了其导电性。     

层状碳及层状碳/硫酸铅复合材料的制备与应用

碳酸钾或碳酸钠颗粒作催化剂基底,采用化学气相沉积（CVD）制得类似于石墨烯的层状碳材料,并经原位化学沉积可得层状碳/硫酸铅复合材料. 用X射线衍射（XRD）、热重分析、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析与测试样品. 结果表明,层状碳为无定型碳层,复合材料为无定型碳层与附着其上的细小硫酸铅颗粒的复合. 上述层状碳和复合材料作为负极添加剂应用于铅酸电池中,测试了电池电化学性能. 结果表明,电池大电流放电比容量和循环寿命均明显提高. 通过电化学交流阻抗谱图（EIS）、充放电曲线和负极失效后的SEM照片证实,加入添加剂能够降低反应阻抗、减小极化及有效抑制极板硫酸盐化.     

氮掺杂碳层包覆金属钴颗粒与氮掺杂石墨烯纳米复合材料作为高容量锂离子电池负极材料

合成了一种石墨烯基纳米复合材料即：由氮掺杂碳层包覆的金属钴纳米颗粒,充分分散于氮掺杂的石墨烯表面。这种纳米复合材料进一步提高了石墨烯的导电性,增加了石墨烯的储锂容量。该材料被用作锂离子电池负极材料,在性能测试中展现了良好的循环性能,在以100 mA·g^-1的电流密度循环200圈后,放电容量高达950.1 mAh·g^-1,库伦效率约为98%。     

氮掺杂碳层包覆金属钴颗粒与氮掺杂石墨烯纳米复合材料作为高容量锂离子电池负极材料

合成了一种石墨烯基纳米复合材料即：由氮掺杂碳层包覆的金属钴纳米颗粒,充分分散于氮掺杂的石墨烯表面。这种纳米复合材料进一步提高了石墨烯的导电性,增加了石墨烯的储锂容量。该材料被用作锂离子电池负极材料,在性能测试中展现了良好的循环性能,在以100 mA·g^-1的电流密度循环200圈后,放电容量高达950.1 mAh·g^-1,库伦效率约为98%。     

氮掺杂碳层包覆金属钴颗粒与氮掺杂石墨烯纳米复合材料作为高容量锂离子电池负极材料（英文）

合成了一种石墨烯基纳米复合材料即:由氮掺杂碳层包覆的金属钴纳米颗粒,充分分散于氮掺杂的石墨烯表面。这种纳米复合材料进一步提高了石墨烯的导电性,增加了石墨烯的储锂容量。该材料被用作锂离子电池负极材料,在性能测试中展现了良好的循环性能,在以100 m A·g-1的电流密度循环200圈后,放电容量高达950.1 m Ah·g-1,库伦效率约为98%。     

基于活化多孔碳负载聚苯胺正极和活化多孔碳负极的有机非对称超级电容器

采用KOH活化法制得高比表面积的活化多孔碳(aHPC),借助原位化学氧化法制得疏松多孔的活化多孔碳负载聚苯胺纳米复合材料(aHPC@PANI),并分别以aHPC及aHPC@PANI为负极与正极,以四乙基氟硼酸-乙腈为电解液,构建有机非对称超级电容器。电化学测试结果显示:在1A/g电流密度下,aHPC@PANI正极与aHPC负极分别呈现256.7F/g(-0.6~0.8V)及152.4F/g(-2~-0.6 V)的比容量;所组装的有机非对称电容器呈现宽电位窗口(2.8V),高的能量密度(在0.75kW/kg功率密度下为56.2 W·h/kg)及优异的循环稳定性(循环5 000次后其比电容保持率高达92.4%)。     

微米级球状铝粉作为锂离子电池负极材料的改性研究

选用粒径为3μm的球状铝粉作为锂离子电池负极材料,采用小分子有机材料3,4,9,10-茈四酸酐作为改性剂,通过固相法在不同温度下合成两种Al-C复合材料,利用元素分析、XRD、SEM、粒度分布等手段对材料进行了表征,并通过恒流充放电测试对比了铝球和复合材料的电化学性能．通过改性,550℃和650℃下生成的复合材料的首次放电容量可分别高达990mAh／g和738mAh／g,与纯铝电极的首次放电容量相比（219mAh／g）有了很大提高．其中,650℃下生成的复合材料表现出较好的循环性能．     

基于水凝胶衍生的硅/碳纳米管/石墨烯纳米复合材料及储锂性能

通过氧化石墨烯(GO)和壳聚糖(Cs)之间的氢键以及静电作用形成GO水凝胶,从而将纳米硅颗粒和碳纳米管(CNT)原位包封于其中,再经冷冻干燥及随后的热处理制得三维硅/碳纳米管/石墨烯(Si-CNT@G)纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)等技术对制得样品的物相、结构和微观形貌等进行了表征。结果表明,所得复合材料在CNT纵横交织的石墨烯网络中,均匀地分布着纳米硅颗粒。当作为锂离子电池的负极材料时,在两种碳介质的协同作用下,有效缓冲硅材料在充放电过程中脱/嵌锂引起的体积变化,缩短了锂离子和电子传输的距离,Si-CNT@G复合材料表现出较好的循环稳定性以及倍率性能。在500 m A·g~(-1)的充放电电流密度下,经过200圈循环后,其放电比容量仍高达673.7 m Ah·g~(-1),容量保持率高达97%;即使将充放电电流密度升至2000 m A·g~(-1)时,该复合材料仍保持有566.9 m Ah·g~(-1)的高可逆放电比容量。独特的制备方法和优越的储锂性能,使得Si-CNT@G纳米复合材料成为理想的高性能锂离子电池负极材料的候选.     

一步固相球磨法制备二硫化钼/石墨二维复合材料及其储锂性能

以商品化二硫化钼(MoS_2)和石墨为原料,首次通过一步固相球磨法制备了MoS_2/石墨二维复合材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)测试结果表明,本体MoS_2和石墨在高速固相球磨过程中同时被剥离成较薄的片层,且剥离后的石墨片层均匀分散在MoS_2片层中。制备的MoS_2/石墨复合材料表现出优异的循环稳定性和倍率性能,其中,MoS_2/石墨(质量比7∶3)复合材料在100 mA/g电流密度下,首圈放电比容量801 mA·h/g,充放电循环100圈后仍保持在694 mA·h/g,远优于商品化的本体MoS_2(约110 mA·h/g)。这主要归功于球磨后得到的石墨片层不仅能提高复合材料的导电性,还能有效地抑制MoS_2片层团聚,保持材料的结构稳定性。该方法简便易行、成本低,适合于高性能锂离子电池电极材料的规模化制备。     

全钒氧化还原液流电池用石墨毡电极的分步氧化活化

石墨毡电极是组成钒电池的关键材料,其较低的电化学活性是造成钒电池功率密度较低的关键因素之一. 本论文采用一种简便的石墨毡电极分步氧化活化法,先将石墨毡在高锰酸钾溶液中进行氧化,后置于活化溶液中激发其反应活性. 通过对处理后的石墨毡进行循环伏安、交流阻抗测试、XPS以及SEM表征,发现氧化时间和活化溶液组成是影响电极性能的因素,在本文中,先经过3天氧化时间,后在配比为3:1的活化溶液中处理的电极,较其他方法处理的电极,电荷传递电阻明显降低,其与溶液之间的接触电阻最低,为7.33 Ω·cm ²,氧化还原峰值比更接近于1,有效提高了反应的活性与可逆性,经X射线光电子能谱分析发现性能提高的原因与表面含氧官能团数目增加有关. 单电池性能测试结果进一步证实,利用该方法处理的石墨毡为电极的单电池,较未经处理的电池相比性能更优,有更高的放电容量和能量效率,在100 mA·cm ^-2电流密度下,能量效率较未处理电极高出7.47%. 与热处理法、酸处理法及电化学氧化法相比较,该方法不需要辅助设备,不消耗能源.     

活性炭/LiNi0.5Mn1.5O4电容器性能及活性炭负极的劣化分析

为提高电化学电容器的工作电压,采用电池材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄(LNMO)为正极,活性炭为负极,组装成混合型电容器并探索了提高其性能的最佳条件。 负/正极质量比增加、充放电截止电压的升高均能显著提高电容器的放电容量和能量密度,在负/正质量比为4,电压0~3 V, 电流密度1×10^-3 A/cm²的条件,700次循环后容量保持率达97.5%。 运用三电极体系、电化学阻抗谱等测试手段对此负极活性炭的劣化及其对电容器性能的影响进行了深入探索。     

三氧化钼——一种新型有机系钠离子储能器件负极材料

由于锂资源短缺,我们尝试使用三氧化钼作为钠离子储能装置负极材料。通过一种简单的方法合成了三氧化钼,使用XRD、SEM和TEM等测试手段对其物性进行了表征。利用三氧化钼作为有机系钠离子储能器件的负极材料,通过循环伏安和恒流充放电测试探讨了负极材料的储钠机理。以三氧化钼(MoO3)作为负极材料,活性炭(AC)和石墨(graphite)作为正极材料,组装成新型的电化学储能器件,研究了两种器件在1mol/L NaPF6的碳酸丙烯酯(PC)中的电化学性能。两种器件的电压范围分别为0~3.2V和0~3.5V,能量密度最高可分别达到31.6和53 Wh/kg,长循环性能远远优于AC/AC对称电容器。此种储能装置有望成为锂离子电池的一个很好的替代。     

Design and Preparation of Graphene/Fe2O3 Nanocomposite as Negative Material for Supercapacitor

The development of high specific capacitance electrode materials with high efficiency, scalability and economic feasibility is significant for the application of supercapacitors, however, the synthesis of electrode material still faces huge challenges. Herein, graphene(G)/Fe₂O₃ nanocomposite was prepared via a simple hydrothermal method connected with subsequent thermal reduction process. Scanning electron microscopy(SEM) and transmission electron microscopy(TEM) results showed rod-like Fe₂O₃ nanoparticles were prepared and well-dispersed on graphene layers, providing a rich active site and effectively buffering the aggregation of Fe₂O₃ nanoparticles in the process of electrochemical reaction. The specific capacitance of the obtained G/Fe₂O₃ nanocomposite as negative electrode for supercapacitor was 378.7 F/g at the current density of 1.5 A/g, and the specific capacitance retention was 88.76% after 3000 cycles. Furthermore, the asymmetric supercapacitor(ASC) was fabricated with G/Fe₂O₃ nanocomposite as negative electrode, graphene as positive electrode, which achieved a high energy density of 64.09 W∙h/kg at a power density of 800.01 W/kg, maintained 30.07 W∙h/kg at a power density of 8004.89 W/kg, and retained its initial capacitance by 78.04% after 3000 cycles. The excellent result offered a promising way for the G/Fe₂O₃ nanocomposite to be applied in high energy density storage systems.     

正硅酸乙酯对高电压镍锰酸锂基全电池电化学性能的影响

为了提高镍锰酸锂全电池的电化学性能,本文采用物理混合的方法在负极浆料中加入正硅酸乙酯(TEOS),并按m(TEOS)∶m(石墨)=0∶100、5∶100、10∶100、16∶100、20∶100的比例进行搅拌混合。 以镍锰酸锂为正极,石墨为负极,组装成502030型软包装锂离子电池,并对该电池进行恒流充放电和内阻等测试。 测试结果显示,0TEOS(m(TEOS)∶m(石墨)=0∶100)样品的电池内阻为159 mΩ,循环200圈后,容量保持率为52.6%,放电比容量为46 mA·h/g;16TEOS(m(TEOS)∶m(石墨)=16∶100)样品的电池为105 mΩ,65.7%和62.9 mA·h/g。 实验结果表明:通过物理混合的方法在负极浆料中加入TEOS,有利于在负极表面形成结构稳定的人工固体电解质膜(SEI膜),提高镍锰酸锂材料的循环和倍率性能。     

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.     

TiO_2包覆Co_9S_8的制备及其电化学储氢性能

目前,寻找新型能源成为解决能源和环境问题的关键,氢能以其高效能、无污染等优点成为研究重点。其中,开发具有高储氢量和优异循环稳定性的新材料是利用氢能的重要研究方向。近些年,Co_9S_8凭借其优良的电化学储氢性能和较高的储氢容量成为目前研究热点,但其抗粉化性能仍有待于进一步提高。本文采用溶胶凝胶法和煅烧法得到了不同质量分数TiO_2包覆Co_9S_8的电极材料,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试系统分析包覆材料组成与性能,研究不同质量分数的TiO_2对材料电化学储氢性能的影响。结果表明,当TiO_2质量分数为3%时,产物的储氢性能和循环稳定性最好,最大储氢容量(质量分数)为2.03%,且经过30次充放电后,其放电容量仍能保持在60%。     

基于NiCo2O4纳米片电极的非对称混合电容器

The looming global energy crisis and ever-increasing energy demands have catalyzed the development of renewable energy storage systems. In this regard, supercapacitors (SCs) have attracted widespread attention because of their advantageous attributes such as high power density, excellent cycle stability, and environmental friendliness. However, SCs exhibit low energy density and it is important to optimize electrode materials to improve the overall performance of these devices. Among the various electrode materials available, spinel nickel cobaltate (NiCo₂O₄) is particularly interesting because of its excellent theoretical capacitance. Based on the understanding that the performances of the electrode materials strongly depend on their morphologies and structures, in this study, we successfully synthesized NiCo₂O₄ nanosheets on Ni foam via a simple hydrothermal route followed by calcination. The structures and morphologies of the as-synthesized products were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis, and the results showed that they were uniformly distributed on the Ni foam support. The surface chemical states of the elements in the samples were identified by X-ray photoelectron spectroscopy. The as-synthesized NiCo₂O₄ products were then tested as cathode materials for supercapacitors in a traditional three-electrode system. The electrochemical performances of the NiCo₂O₄ electrode materials were studied and the area capacitance was found to be 1.26 C·cm^-2 at a current density of 1 mA·cm^-2. Furthermore, outstanding cycling stability with 97.6% retention of the initial discharge capacitance after 10000 cycles and excellent rate performance (67.5% capacitance retention with the current density from 1 to 14 mA·cm^-2) were achieved. It was found that the Ni foam supporting the NiCo₂O₄ nanosheets increased the conductivity of the electrode materials. However, it is worth noting that the contribution of nickel foam to the areal capacitance of the electrode materials was almost zero during the charge and discharge processes. To further investigate the practical application of the as-synthesized NiCo₂O₄ nanosheets-based electrode, a device was assembled with the as-prepared samples as the positive electrode and active carbon (AC) as the negative electrode. The assembled supercapacitor showed energy densities of 0.14 and 0.09 Wh·cm^-3 at 1.56 and 4.5 W·cm^-3, respectively. Furthermore, it was able to maintain 95% of its initial specific capacitance after 10000 cycles. The excellent electrochemical performance of the NiCo₂O₄ nanosheets could be ascribed to their unique spatial structure composed of interconnected ultrathin nanosheets, which facilitated electron transportation and ion penetration, suggesting their potential applications as electrode materials for high performance supercapacitors. The present synthetic route can be extended to other ternary transition metal oxides/sulfides for future energy storage devices and systems.