超级电容器炭电极材料的研究

炭电极材料是超级电容器的核心,该领域的研究近年来相当活跃,活性炭粉、活性炭纤维、碳凝胶、碳纳米管、玻态炭、模板炭、碳化物衍生炭、石墨烯等各种多孔炭材料用作超级电容器电极材料的研究都有报道.本文概述了我们近年来在超级电容器炭电极材料方面的研究工作,主要介绍了强碱化学活化制备活性炭电极材料、纳米CaCO3模板法制备介孔炭电...     

超级电容器用中孔炭复合电极材料研究进展

超级电容器是一类利用电化学双电层或电极材料在电极/溶液界面发生的氧化还原反应来存储能量的装置,除兼有常规电容器功率密度大和二次电池能量密度高的特点外,还具有可逆性好和循环寿命长等优点.本文重点介绍了近几年国内外对中孔炭材料、表面官能团修饰中孔炭材料、中孔炭-金属氧化物、中孔炭-导电聚合物等几类电极材料的研究现状;并且展望了超级电容器用中孔炭及其复合电极材料的当前研究热点和发展前景.     

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。     

锰氧化物聚苯胺复合电极材料的制备与性能

本文制备了二氧化锰和聚苯胺碳的复合电级材料(MnO₂-PAnC),测试结果表明MnO₂-PAnC材料为松散结构组成的纳米颗粒. MnO₂-PAnC 材料的比电容最大可达459 F•g^-1,MnO₂-PAnC电极在较高的扫速下循环伏安曲线变形较小,表现出良好的可逆性. 交流阻抗测试结果表明,MnO₂-PAnC 电极电荷传递电阻小,表面离子扩散速度快. 充放电500个循环后,MnO₂-PAnC 电容的保持率仍高于60%. 以上实验结果表明,MnO₂-PAnC 是很好的超级电容器的电极材料.     

水性聚苯胺纳米线超级电容器电极材料

使用"假高稀"方法,分别以过硫酸铵、硝酸铁和三氯化铁为氧化剂,含有1个乙氧基基团的酸性磷酸酯为质子酸,经过原位聚合制备了直径分别为78～90 nm、18～30 nm和16～25 nm水分散性聚苯胺纳米线.聚苯胺膜的电导率分别为18,32和35 S cm-1,比表面积为65,70和82 m2g-1.该聚苯胺纳米线能够很好地分散在水中,是一种环境友好型超级电容器电极材料.该电极材料在1 mol L-1四乙基氟硼酸/碳酸丙烯酯非水性电解液中,在-1～1 V扫描范围内,以0.4 A g-1的放电速率下,分别得到了110,140和152 F g-1的比容,比电容与材料的比表面积和电导率有关,随着比表面积以及电导率的增大而增大.聚苯胺纳米线电极材料有较高的充放电效率(大于98%),表明了它们有很好的电化学可逆性.     

低成本-高性能超级电容器有机小分子电极材料的研究进展

超级电容器因为具有快速充放电速率与高功率密度,已经在许多能源储存领域的应用中取得了迅速的发展,其可以在备用电源、军用设备、便携式电子产品以及混合动力汽车等方面作为电池的有效补充.其电极材料的特性是决定电荷存储的最关键因素.与传统的碳材料、过渡金属氧化物、氢氧化物及导电聚合物相比,有机小分子材料具有资源可持续性、环境友好...     

矿物材料在超级电容器电极中应用的研究进展

矿物资源是人类社会发展和国民经济建设的重要物质基础,是人类社会生产和发展的动力,矿物资源的合理利用在人类的每一次进步飞跃中起着重要意义。目前而言,在能源社会的背景下,人类对矿物资源的利用也在越来越深入。同时,在能源储存方面有着很广阔的应用前景。本文通过晶系分类法综述了各类天然矿物材料在超级电容器上的研究进展,目的是为以后对天然矿物材料在电化学领域进行深入研究奠定一个基础。对存在的问题进行了分析,为下一步的研究提出了建议。     

混合盐活化胖大海基多孔炭的制备及超级电容器电极材料性能

利用浸泡后的胖大海为碳源, 氯化锌和氯化锂混合盐作为活化剂, 采用炭化胖大海(PC-1)、添加氯化锌(PC-2)或添加氯化锌/氯化锂(PC-3)的胖大海的方法制备了3种多孔碳材料, 并通过三电极体系测试电极材料的电化学性能。结果表明, 3种碳材料在电流密度为0.5 A/g的比电容分别为69、132和228 F/g; 当电流密度增加至10 A/g时, PC-3的比电容仍高达166 F/g, 具有良好的倍率性能。该实验表明, 通过氯化锌/氯化锂复合盐活化胖大海分级多孔碳可作为高性能超级电容器电极材料。     

超级电容器纳米氧化锰电极材料的合成与表征

以聚乙二醇为分散剂,利用高锰酸钾和醋酸锰溶液之间的化学共沉淀法制备纳米水合氧化锰.借助SEM,TEM,FT-IR,XRD和BET分析手段对样品结构及性能进行表征.研究结果表明,SEM和TEM显示所得粉体为纳米粉体,粒径大约为10～30nm左右,XRD分析表明该粉体为无定型a-MnO₂·nH₂O,FT-IR分析表明获得的粉体为水合物,BET测试比表面积达160.7m²/g.以氧化锰为研究电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,铂片为辅助电极的三电极体系中,以1 mol/L的Na₂SO₄溶液为电解液,通过循环伏安法研究其电化学行为.实验结果表明,纳米氧化锰是理想的超级电容器电极材料,在电位窗口为-0.2～0.9V(vs.SCE)范围内,扫描速度为4mV/s,其比电容达到203.4 F/g.     

Sn掺杂二氧化锰超级电容器电极材料

用化学液相法制备了超级电容器用的Sn掺杂二氧化锰电极材料. 采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)光谱对电极材料的形貌和物相进行表征. 结果表明, 所得样品由直径约10 nm, 长约100 nm的棒状物粘结成200-500 nm的球状物, 晶型为δ-MnO2. 循环伏安、电化学交流阻抗和恒流充放电测试表明, 化学掺杂的比例对材料的电化学性能有较大的影响. 当Mn:Sn的摩尔比为50:1时, 电极材料的比电容达到293 F·g-1, 比未掺杂的提高了64.6%. 600次充放电循环后, 比电容稳定在275 F·g-1, 表现出良好的容量保持能力.     

Carbon Electrode Material with High Densities of Energy and Power

Activated carbon (AC) samples as electrode materials were prepared by means of simultaneous physical-chemical activation using walnut shells as precursors. The porosity and surface chemistry of the resultant AC samples were studied by the nitrogen adsorption at 77 K, and FTIR spectrum. The testing supercapacitors were assembled with resultant carbon electrode and electrolyte of 6 mol·L⁻¹ KOH solution. Their electrochemical properties were investigated by charge-discharge of constant current, cyclic voltammogram, impedance spectrum and so on. The results showed that the capacitor had low inner resistance, low leakage current, high stability, and capacitance retainability. The specific capacitance of AC increased with increasing BET specific surface area. The specific capacitance of the AC sample with a specific area of 1197 m²·g⁻¹ could be as high as 292 F·g⁻¹. At a discharge current of 80 mA, the corresponding specific energy density, power density, and maximum power of the supercapacitor are 7.3 Wh·kg⁻¹, 770 W·kg⁻¹, and 5.1 W·g⁻¹, respectively.     

Surface Modification and Performance of Activated Carbon Electrode Material

A commercial activated carbon was modified by surface treatment using three chemicals, nitric acid, hydrogen peroxide, and ammonia, respectively. The modified carbons were characterized by N₂ adsorption-desorption isotherms and FTIR spectroscopy. The resultant carbon electrode-based electric double-layer capacitors (EDLCs) were assembled with 6 mol·L⁻¹ KOH as the electrolyte. The influence of surface modification on the performance of EDLCs was studied by galvanostatic charge-discharge, cyclic voltammetry, and alternating current impedance. The surface modification resulted in no big decrease in specific surface area and little decrease in average pore size, and introduced functional groups, such as hydroxyl, carbonyl, and amidogen, on the carbon surface. These functional groups significantly improved the wettability and reduced the resistance of the activated carbon. As a result, the specific capacitance of the carbon modified with 65% HNO₃ reached 250 F·g⁻¹, 72.4% higher than that of original carbon. The leakage current of testing EDLCs decreased unexpectedly to 3-18 μA, only 0.8%-4.9% that of the original carbon electrode-based EDLC (371 μA).     

活性炭电极材料的表面改性和性能

以硝酸、双氧水、氨水三种化学试剂分别对活性炭进行表面改性, 用N2吸附法和FTIR表征炭材料改性前后孔结构和表面官能团的变化. 制备了以改性活性炭为电极材料, KOH溶液为电解质的模拟双电层电容器. 用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法考察了双电层电容器的电化学性能. 结果表明, 改性活性炭比表面积和平均孔径有所降低, 并且在炭材料表面引入了含氧或含氮官能团, 如—OH、>CO、—NH2等, 使炭材料的润湿性增强、电阻减小、电化学性能显著提高. 用65%硝酸改性后炭材料的比容量最高达到250 F·g-1, 比原样炭提高了72.4%; 实验电容器的漏电流急剧下降, 只有3-18 μA, 为原来电容器的漏电流(371 μA)的0.8%-4.9%.     

块状碳/氧化镍复合物的合成及电容特征

应用离子交换法将N i2+离子引入酚醛凝胶并碳化,制备出块状的碳/氧化镍(C/N iO)复合物材料.原子吸收光谱(AAS)、X射线衍射(XRD)和循环伏安测试(CV)表明,样品中引入的N i含量可以达到5.9%(by m ass),其存在形式主要是N iO,伴有少量未被氧化的金属N i,比电容和电容性能以N i含量为4.4%的表现最佳.     

氧化锰表面改性活性炭电极材料的电化学特性

用Mn(NO3)2溶液浸渍-高温热解法对普通活性炭进行表面改性处理以改善其电化学性能. 采用氮气吸附、SEM、XRD等方法研究改性活性炭的比表面积、孔结构、形貌和氧化锰的晶体结构; 用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法研究了改性活性炭电极构成的电化学电容器的性能. 结果表明, Mn(NO3)2热解产生的多价态氧化锰有法拉第赝电容效应, 尤其是立方晶形结构的α-Mn2O3, 与活性炭的双电层电容构成了复合电容, 因而改性炭材料的比电容有明显的提高, 其质量比电容达到254 F·g-1, 比未改性炭的165 F·g-1提高了54%. 改性炭电极电化学电容器具有优异的充放电可逆性和稳定性, 而且等效串联电阻较小, 只有0.40 Ω; 经2000次循环的长期测试, 容量保持率几乎达到100%.     

多孔碳材料的模板法制备、活化处理及储能应用

简要介绍了广义模板法制备多孔碳材料的研究现状,并进一步阐述了应用传统活化法对模板法制备的多孔碳材料进行结构调控. 最后,详细介绍了多孔碳材料在氢气吸附以及超级电容器用电极材料等储能领域的应用.     

高容量超级电容器电极材料的设计与制备

超级电容器寿命长,安全性高,并可以实现快速充放电,是化学电源研究的热点之一。然而,超级电容器的能量密度较低限制了其更多的应用。因此,超级电容器领域的研究关注点在如何提高超级电容器的能量密度。其中,提高比容量是提高能量密度的一种有效途径。本文通过对电极材料和电解液的优化来研究制备得到高容量超级电容器的方法。电极材料的比表面积、孔道结构和导电性对其电化学性能有着直接的影响。一方面,通过优化电极材料的孔道结构和比表面积可以增加活性位点并提高电解液离子传导率,从而得到高比电容。另一方面,电极材料导电性的提高有利于提升其电子传导率从而得到较高的比容量。本文分别对碳材料和金属氧化物/氢氧化物的优化达到了增加双电层电容和赝电容的目的。不仅如此,还可以通过在电解液中增加氧化还原电对从而得到高比电容。这一方法为高容量超级电容器的制备提供了新的思路。     

植物基多孔炭材料在超级电容器中的应用

植物基多孔炭具有发达的孔结构、大的表面积、较为成熟的制备工艺、丰富的来源、低廉的价格,是目前商业应用范围最广的超级电容器电极材料。然而在实际应用中仍然存在着质量/体积比容量较低、倍率性能差等问题。本文针对先进电容器件的高能量密度、优异功率性能的要求,首先介绍了近年来发展的植物基多孔炭的制备方法,讨论了植物前驱体的组成和结构对其产物结构的影响以及与其电化学性能之间的构效关系,特别总结了近年来植物基超大比表面积多孔炭、中孔炭、层次化多孔炭的制备方法和电容储能性能。针对大比表面积多孔炭用于超级电容器时的体积性能不佳这一关键问题,本文还总结了提高植物基多孔炭体积电化学性能的方法。最后,对植物基多孔电极材料存在的问题进行了分析与总结,并展望了其研究前景。     

基于碳材料的超级电容器电极材料的研究

超级电容器作为一种新型的能源存储装置,因为其比容量大、充放电速度快、循环寿命长等优点,在储能领域引起了极为广泛的关注。电极材料是决定超级电容器性能的核心因素,其中,常用的超级电容器电极材料主要有如下三类:碳基材料、金属氧化物及氢氧化物材料和导电聚合物材料。本文综述了超级电容器的工作原理并详细介绍了基于碳材料及其二元、三元复合体系的电极材料的研究进展。