活性炭/钴氧化物干凝胶电化学电容器性能

以高性能活性炭作为负极材料, 将颗粒平均粒径为40~60 nm的纳米钴氧化物干凝胶作为正极材料组成电化学电容器, 研究了电容器在7 mol/L的KOH水溶液中的电化学性能, 其充放电电压可以达到1.4~1.6 V, 以材料本身重量计算的比能量和比功率分别达到15.4 W·h/kg和23.5 kW/kg.     

酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能研究

利用水蒸汽活化法制备了酚醛基活性炭纤维(ACF-H2O), 对其比表面积、孔结构与在LiClO4/PC(聚碳酸丙烯酯)有机电解液中的电容性能之间的关系进行了探讨. 用N2(77 K)吸附法测定活性炭纤维的孔结构和比表面积, 用恒流充放电法和交流阻抗技术测量双电层电容器(EDLC)的电容量及内部阻抗. 研究表明, 在LiClO4/PC有机电解液中, ACF-H2O电极的可用孔径(d)应在0.7 nm以上. 随着活化时间的延长, ACF-H2O的孔容和比表面不断增大, 但微孔(0.7 nm ＜ d ＜ 2.0 nm)和中孔(d ＞ 2.0 nm)率变化很小, 活化过程中孔的延伸和拓宽同步进行, 但过度活化则造成孔壁塌陷, 孔容和比表面迅速下降. 因此, 除活化过度的样品外, 电容量随比表面积呈线性增长, 最高达到109. 6 F•g-1. 但中孔和微孔的孔表面对电容的贡献不同, 其单位面积电容分别为8.44 μF•cm-2和4.29 μF•cm-2, 中孔具有更高的表面利用率. ACF-H2O电极的电容量、阻抗特性和孔结构密切相关. 随着孔径的增大, 时间常数减小, 电解液离子更易于向孔内快速迁移, 阻抗降低, 电极具有更好的充放电倍率特性. 因此, 提高孔径和比表面积, 减少超微孔(d ＜ 0.7 nm), 是提高 EDLC能量密度和功率密度的重要途径. 然而仅采用水蒸汽活化, 只能在小中孔以下的孔径范围内进行调孔, ACF-H2O电极电容性能的提高受限.     

活性炭模板制备氧化还原催化剂LaMnO3及其电化学性能研究

利用活性炭模板剂制备了氧化还原催化剂LaMnO3,采用X射线衍射、透射电子显微镜和比表面积分析仪( BET) 等分析手段对催化剂进行了表征,通过循环伏安、线性扫描、蓝电测试等测试方法对LaMnO3电化学性能进行了测试分析。实验结果表明：利用活性炭模板法所制备出的LaMnO3-AC比表面积(20.561 m2/g)远大于共沉淀制备的LaMnO3(8.486 m2/g),并且所制备出的LaMnO3具有良好ORR催化活性。这为相关催化剂材料的设计和研究提供了实验依据和理论基础。     

纳米硒/多壁碳纳米管复合材料的制备及其电化学性能

经混酸纯化处理的多壁碳纳米管(MWCNTs)负载纳米硒(Nano-Se0)制备纳米硒/多壁碳纳米管复合材料(Nano-Se0/MWCNTs,简称1),其结构经IR,TEM和SEM表征.以Fe(CN)4-/3-6 为探针离子,采用循环伏安法和电化学阻抗法考察了1的电化学性能.     

N-CNTs/NiCo-LDH复合材料的制备及电化学性能

通过高温碳化聚吡咯纳米管制备了氮掺杂碳纳米管(N-CNTs), 并采用共沉淀法将镍钴层状双氢氧化物(NiCo-LDH)原位生长在N-CNTs上, 制备出具有三维互联网状结构的N-CNTs/NiCo-LDH复合材料. 研究了镍钴摩尔比对N-CNTs/NiCo-LDH复合材料形貌结构和电化学性能的影响. 结果表明, 当镍钴摩尔比为1∶2时, N-CNTs/Ni₁Co₂-LDH具有最佳的电化学性能. 在1 A/g电流密度下, 其比电容可达1311.8 F/g; 当电流密度为 10 A/g时, 电容保持率高达88.3%, 展现出优异的倍率性; 在经过2500次循环后, 电容保持率仍可达76.4%, 具有良好的循环稳定性.由N-CNTs/Ni₁Co₂-LDH与活性炭(AC)电极所构建的N-CNTs/Ni₁Co₂-LDH//AC水系混合型超级电容器, 在750 W/kg功率密度下, 具有27.19 W·h/kg的高能量密度.     

三氧化钼/活性炭钠离子电化学电容器

以三氧化钼(MoO3)作为负极材料,活性炭(AC)作为正极材料,组成混合型电化学电容器.研究电容器在1 mol/L NaPF6的碳酸丙烯酯(PC)中的电化学性能,其电位窗为0～3V,能量密度和功率密度分达到33.0 W·h/kg和595.6W/kg,经1000次循环后容量为第20次的93.8％,库仑效率在经过20次循环后到95.1％以上.     

炭化温度对烟杆基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以烟杆为原料, 氢氧化钾为活化剂, 通过调节炭化温度(500～800 ℃温度范围)在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料. N₂吸附测试表明随着炭化温度降低, 活性炭的比表面积和总孔容先增大后减小, 中孔比表面积和平均孔径却一直增大. 其中600 ℃炭化样品经KOH活化后可制得比表面积为3333 m²•g^－1, 总孔容为2.47 cm³• g^－1, 中孔孔容达2.11 cm³•g^－1的高中孔率高比表面积活性炭材料. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: 炭化温度不同的烟杆基活性炭电极均表现出良好的功率特性, 充放电流增大50倍, 容量保持率均在80%左右, 其中TS-AC-600活性炭电极在有机电解液中1 mA•cm^－2充放电时, 比电容达到190 F•g^－1. 较高的中孔率和较大的平均孔径使得烟杆基活性炭电极具有良好的高倍率充放电性能.     

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%.     

焦粉活性炭/Al-Ni(OH)2复合电极材料的制备及其超级容器性能

以焦粉为原料,用HNO3预处理除灰,采用KOH浸渍-煅烧活化法制备焦粉活性炭(CPAC),通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射等表征其形貌,采用BET测试其比表面积、孔结构及孔径分布。初步考察了活化温度、活化时间等对焦粉活性炭电极材料电化学性能的影响。采用共沉淀法制备CPAC/Al-Ni(OH)2复合电极材料,通过恒电流充放电测试及循环伏安测试表征CPAC/Al-Ni(OH)2复合电极材料的电化学性能。结果表明,当活化温度为800℃、活化时间为3 h制得的焦粉活性炭电极材料的电化学性能最佳,比电容达到211 F/g。CPAC-800℃-3 h/Al-Ni(OH)2复合电极材料随Al掺杂量的增大呈现先增大后减小的趋势。在固定Al质量掺杂量为4%,炭镍质量比为1∶1时所得复合材料的比电容量最大:1173.6 F/g。恒电流充放电及循环伏安测试表明Al掺杂量为4%、炭镍比为1∶1的复合材料具有较好的电化学性能。     

二氧化锰含量对活性炭电极电化学性能的影响

本文采用液相法、热分解MnCO₃法以及电解沉积法制备不同二氧化锰粉末,并将其与活性炭复合,应用于水系超级电容器. 使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）技术对材料形貌进行表征. 使用循环伏安法以及恒流充放电法对其电化学性能进行测试. 实验数据表明,α-MnO₂（质量分数70%）掺杂活性炭电极的最大比容量为151 F•g^-1,β-MnO₂（质量分数60%）掺杂活性炭电极的最大比容量为172F•g^-1,γ-MnO₂（质量分数50%）掺杂活性炭电极的最大比容量为141F•g^-1,但二氧化锰粉末对电极内阻的影响呈无规律性.     

Surface Modification Effect and Electrochemical Performance of LiOH-High Surface Activated Carbon as a Cathode Material in EDLC

This study aimed to improve the performance of the activated carbon-based cathode by increasing the Li content and to analyze the effect of the combination of carbon and oxidizing agent. The crystal structure and chemical structure phase of Li-high surface area activated carbon material (Li-HSAC) was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy, the surface state and quantitative element by scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX) and the surface properties with pore-size distribution by Brunauer–Emmett–Teller (BET), Barrett–Joyner–Halenda (BJH) and t-plot methods. The specific surface area of the Li-YP80F is 1063.2 m²/g, micropore volume value is 0.511 cm³/g and mesopore volume is 0.143 cm³/g, and these all values are higher than other LiOH-treated carbon. The surface functional group was analyzed by a Boehm titration, and the higher number of acidic groups compared to the target facilitated the improved electrolyte permeability, reduced the interface resistance and increased the electrochemical properties of the cathode. The oxidizing agent of LiOH treated high surface area of activated carbon was used for the cathode material for EDLC (electric double layer capacitor) to determine its electrochemical properties and the as-prepared electrode retained excellent performance after 10 cycles and 100 cycles. The anodic and cathodic peak current value and peak segregation of Li-YP80F were better than those of the other two samples, due to the micropore-size and physical properties of the sample. The oxidation peak current value appeared at 0.0055 mA/cm² current density and the reduction peak value at –0.0014 mA/cm², when the Li-YP80F sample used to the Cu-foil surface. The redox peaks appeared at 0.0025 mA/cm² and –0.0009 mA/cm², in the case of using a Nickel foil, after 10 cycling test. The electrochemical stability of cathode materials was tested by 100 recycling tests. After 100 recycling tests, peak current drop decreased the peak profile became stable. The LiOH-treated high surface area of activated carbon had synergistically upgraded electrochemical activity and superior cycling stability that were demonstrated in EDLC.     

原位化学沉积法制备碳/聚苯胺复合材料作为超级电容器材料的研究

Polyaniline （PA） film was chemically deposited onto the surface of activated carbon （AC） uniformly. Chemical deposition was carried out in 0.1 mol/L aniline plus 0.5 mol/L H2SO4 solution adopting V2O5·nH2O coated on the surface of activated carbon as oxidant. The surface morphologies and structures of the composite materials were characterized by scanning electron microscopy and FT-IR spectra. The electrochemical properties of the composite material electrodes were studied by cyclic voltammetry and constant current charge/discharge tests in 1 molFL H2SO4 solutions. The specific capacitance of composite materials was exhibited as high as 237.5 F/g at a current density of 1.0 A/g compared with a value of 120 F/g for pure carbon electrode. Good power characteristic and good stability of composite electrodes were also demonstrated.     

锂硫电池正极用硫/介孔碳复合材料的制备及电化学性能

制备了以十二烷基硫酸钠(SDS)为模板的介孔碳,并将介孔碳和单质硫采用熔融渗透法复合制得硫/介孔碳复合材料。SEM、TEM和BET结果显示介孔碳成直径约为500 nm的大小均一的球体,存在孔径为2 nm的微孔;单质硫充分填充在介孔碳的微孔中。以硫/介孔碳复合物作为锂硫电池正极材料时显示出高的电化学性能。初始放电容量高达1519 mAh·g^-1,在200 mA·g^-1的电流密度下充放电200个循环后依然能保持在835 mAh·g^-1。硫/介孔碳复合材料的高倍率性能和优异的循环稳定性,源于介孔碳良好的导电性及其孔结构的固硫作用。     

活性炭纤维电极电解法处理墨绿B染料废水

将铁丝缠绕在活性炭纤维(简称ACF)上制成电极,并在阴极鼓入空气,用电解生成的Fenton试剂处理墨绿B染料模拟废水.研究了电压、pH值、温度、空气流量、支持电解质的浓度等因素对染料脱色率的影响.结果表明,pH值越低,温度越高,处理效果越好,气流量的改变对于处理效果影响不大.室温时处理浓度为50mg·L-1的活性染料墨绿B,在实验电压为11V,中性条件下,无水硫酸钠的浓度为20g·L-1,通入空气流量为60L·min-1时,处理60min,色度去除率达到95%左右.55℃时,电解30min色度去除率就达到96%,60min时达到100%.     

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。     

Electrochemical Determination of Tannins Using Multiwall Carbon Nanotubes Modified Glassy Carbon Electrode

A novel chemically modified electrode is prepared on the basis of the attachment of multiwall carbon nanotubes (MWNTs) to the surface of a glassy carbon electrode (GCE) in the presence of a hydrophobic surfactant. The electrochemical behavior of tannins at the MWNTs-modified GCE is investigated. Tannins yield a well-defined oxidation at about 0.30 V (SCE) at the MWNTs-modified GCE. MWNT-film shows remarkable enhancement effect on the oxidation peak current of tannins. The experimental parameters are optimized, and a direct electrochemical method to detect tannins is proposed. The oxidation peak current is proportional to the concentration of tannins over the range from 4 × 10^–7 to 2 × 10^–4 M, and the detection limit is 1 × 10^–7 mol/l after 5 min of accumulation. The relative standard deviation of 6% for determination of 2 × 10^–6 mol/l tannins indicates excellent reproducibility. The analysis method is demonstrated by using tea and Chinese gall samples.