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

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%.     

石墨烯/聚苯胺复合材料在超级电容器中的研究进展

聚苯胺理论比容量高,具有优良的导电性能,是理想的超级电容器电极材料。但是,在长期的充放电过程中容易发生体积的收缩与膨胀,循环寿命差。同时,石墨烯由于具有高的理论比表面积,被广泛用作超级电容器电极材料。将聚苯胺与石墨烯复合,利用二者的协同作用,使复合材料具有优异的电化学性能。本文综述了石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法以及近年来在超级电容器领域的主要研究成果,并就其目前存在的主要问题进行了讨论,最后对石墨烯/聚苯胺复合材料的前景进行了展望。     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了 269.33 F·g^-1和 350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在 10.0 A·g^-1时仍能达到 215.88 F·g^-1和 280.62 F·cm^-3(其初始值的 80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和 12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下：NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^-1的电流密度下显示出了269.33 F·g^-1和350.13 F·cm^-3的高质量和体积比电容,并在10.0 A·g^-1时仍能达到215.88 F·g^-1和280.62 F·cm^-3(其初始值的80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^-1和12.13 Wh·L^-1)和出色的循环性能(10 A·g^-1下10 000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。     

超级电容器用石墨烯/金属氧化物复合材料

超级电容器是一种具有高功率密度和长循环寿命的新型储能装置,碳材料、金属氧化物和导电聚合物是常见的三种超级电容器电极材料。在石墨烯/金属氧化物复合材料中,石墨烯和金属氧化物可以发挥各自的优点,结合石墨烯优异的循环稳定性能和金属氧化物的高容量特性,纳米复合材料的综合性能可以得到很大地提升。因此,石墨烯/金属氧化物复合物的研究是超级电容器领域的热点研究方向之一。本文以金属氧化物的种类、石墨烯的结构和复合物的制备方法为线索,综述了国内外应用于超级电容器方面的石墨烯/金属氧化物复合材料的研究进展,归纳总结出与石墨烯复合最优的金属氧化物类型和制备方法,并进一步对该类复合材料的发展趋势进行了展望。     

超级电容器石墨烯-聚苯胺复合材料的研究进展

超级电容器具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长和维护成本低的特点,在电动车动力电池领域具有潜在的应用前景。超级电容器性能主要由其电极材料所决定。聚苯胺易合成、理论比容量高,而且导电性能优异,作为超级电容器电极材料有很高的应用价值。但是,在长期使用过程中,它的体积容易发生膨胀或收缩,循环寿命差。为了解决这个问题,将聚苯胺与石墨烯复合可以扬长避短,充分利用两者之间的协同效应,赋予复合材料优异电化学电容性能。本文综述了超级电容器用石墨烯-聚苯胺复合材料的制备方法,包括原位聚合法、油水界面合成法、电化学合成法、层层自组装法等;提出了三维网状石墨烯和对石墨烯-聚苯胺复合材料进行改性来提高复合材料的电化学电容性能的思路。     

超级电容器用纳米二氧化锰的合成及其电化学性能

应用低温固相法和化学沉淀法制备4种用于电化学电容器的纳米级二氧化锰.由XRD、SEM和循环伏安等表征和测试其物化性能及电容特性.结果表明,该二氧化锰材料的颗粒尺寸约几十nm,在0.1 A.g-1电流密度下放电时产物的比电容最高,可达149F.g-1,二氧化锰的大倍率放电性能与其结构特征直接相关,材料的晶体结构越完整其大倍率放电性能越好.     

聚吡咯/氧化石墨烯层状复合材料的制备及其在超级电容器中的应用(英文)

通过将吡咯单体在低温下与氧化石墨烯进行原位聚合,获得聚吡咯/石墨烯(Ppy/CRGO)复合材料.采用场发射电子显微镜(FESEM)、红外(FT-IR)和热重分析(TGA)对复合物的表面形貌、结构进行表征.FESEM结果表明,通过控制氧化石墨烯(GO)和吡咯单体的质量比例,可以对复合物的层状和厚度进行调控.FT-IR和TGA结果表明,聚吡咯(Ppy)是通过化学键合的方式与氧化石墨烯复合在一起.通过机械冷压法将粉末状Ppy/CRGO复合物压成圆片电极,并探讨了石墨烯和聚吡咯复合比例、反应时间、烘干温度和孔隙率等因素对Ppy/CRGO复合物电极的电学和电化学性能的影响.结果表明,Ppy与CRGO质量比为10∶1所制得的Ppy/CRGO复合物的电容量为421 F·g-1,通过在电极中引入孔隙,电容量能进一步提升为509 F·g-1.     

三氧化钼纳米带/石墨烯纳米复合材料的简单制备及其在超级电容器中的应用

采用简单的超声自组装法制备了石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料。最终产物的组成和结构采用多种不同的手段进行了表征,包括扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及热分析等。该复合材料可以用作超级电容器电极材料。电化学实验结果表明石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料比电容可达到285.5 F·g^-1,且在电流密度为1 A·g^-1时经过1 000次循环后其电容值能保持初始值的99.5%.     

三氧化钼纳米带/石墨烯纳米复合材料的简单制备及其在超级电容器中的应用

采用简单的超声自组装法制备了石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料。最终产物的组成和结构采用多种不同的手段进行了表征,包括扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及热分析等。该复合材料可以用作超级电容器电极材料。电化学实验结果表明石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料比电容可达到285.5 F·g^-1,且在电流密度为1 A·g^-1时经过1 000次循环后其电容值能保持初始值的99.5%.     

用于超级电容器的锰钴氧化物/碳纤维材料

The development of high-performance supercapacitor electrode materials is imperative to alleviate the ongoing energy crisis. Numerous transition metals (oxides) have been studied as electrode materials for supercapacitors owing to their low cost, environmental-friendliness, and excellent electrochemical performance. Among the developed binary transition metal oxides, manganese cobalt oxides typically show high theoretical capacitance and stable electrochemical performance, and are widely used in the electrode materials of supercapacitors. However, the poor conductivity and active material utilization of manganese cobalt oxide-based electrode materials limit their potential capacitance application. Cotton is mainly composed of organic carbon-containing materials, which can be transformed to carbon fibers after calcination. The resultant carbonaceous material exhibits a large specific surface area and good conductivity. Such advantages could potentially suppress the negative effects caused by the poor conductivity and small specific surface area of manganese cobalt oxides, thereby improving the electrochemical performance. Herein, we firstly deposited manganese cobalt oxides on cotton by a simple hydrothermal method, yielding a composite of manganese cobalt oxides and carbon fibers via subsequent calcination, to improve the electrochemical performance of the electrode material. X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Brunauer-Emmett-Teller (BET), thermogravimetric analysis (TGA), and electrochemical characterizations were used to investigate the physical, chemical, and electrochemical properties of the prepared samples. The fabricated manganese cobalt oxides in the composite were uniformly dispersed on the carbon fiber surface, which increased the contact between the interface of the electrode material and electrolyte, and enhanced electrode material utilization. The electrode material was confirmed to have well contacted with the electrolyte during a contact angle test. Hence, a pseudo-capacitance reaction completely occurred on the manganese cobalt oxide material. Moreover, the addition of carbon fibers reduced the resistance of the material, resulting in excellent capacitive performance. The capacitance of the prepared composite was 854 F∙g^-1 at a current density of 2 A∙g^-1. The capacitance was maintained at 72.3% after 2000 cycles at a current density of 2 A∙g^-1. These results indicate that the manganese cobalt oxide and carbon fiber composite is a promising electrode material for high-performance supercapacitors. The findings presented herein provide a strategy for coupling with carbon materials to enhance the performance of supercapacitor electrode materials based on manganese cobalt oxides. Thus, novel insights into the design of high-performance supercapacitors for energy management are provided.     

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.     

水热合成部分还原氧化石墨烯-K2Mn4O8超级电容器纳米复合材料

通过控制水热反应温度以及氧化石墨烯(GO)与高锰酸钾的填料比, 合成了两组部分还原的GO-K₂Mn₄O₈纳米复合材料. X射线衍射(XRD)分析说明水热过程中合成了α-MnO₂和一种新的晶相K₂Mn₄O₈.通过X射线光电子能谱(XPS)分析了水热反应前后氧化石墨的含氧官能团的变化. 扫描电子显微镜(SEM)显示样品由片状还原的氧化石墨烯构成, 其表面附有许多小的纳米颗粒, 这种结构有利于储能时电子的传递. 通过这两组复合材料的结构分析, 更好地理解了材料的电化学性能的变化. 利用循环伏安法和恒流充放电测试比较了材料的电容性能. 用1 mol·L^-1的硫酸钠做电解液, 电位范围是0-1 V, 在1 A·g^-1的电流密度下, 测得的样品最佳比电容达到251 F·g^-1, 能量密度为32 Wh·kg^-1, 功率密度为18.2 kW·kg^-1. 并且在5 A·g^-1的电流密度下循环1000次后样品的比电容仍维持在初始比电容的88%.     

Synthesis and Electrochemical Performance of Co3O4/Graphene

Co3O4/reduced graphene oxide composites were synthesized via a simple electrochemical method from graphene oxide and Co（NO3）2·6H2O as raw materials.Co3O4 nanoparticles with sizes of around 30-50 nm were distributed on the surface of graphene nanosheets confirmed by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy.Electrochemical properties of Co3O4/graphene composite were tested by cyclic voltammetry,galvanostatic charge-discharge,and electrochemical impedance spectroscopy.The Co3O4/reduced graphene oxide composite was used as the pseudocapacitor electrode in the 2 mol/L NaOH aqueous electrolyte solution.The Co3O4/reduced graphene oxide composite electrode exhibited a specific capacitance of 357 F/g at a current density of 0.5 A/g in a three-electrode system.72％ of capacitance was retained when the current density increased to 3 A/g.The Co3O4/reduced graphene oxide composite prepared electrodes show a high rate capability and excellent long-term stability.After 1000 cycles of charge and discharge,the capacitance is still maintained 87％ at a current density of 1 A/g,indicating that the composite is a oromising alternative electrode material used for supercapacitors.     

石英晶体微天平分析不同介孔二氧化锰材料的电化学性能

以碳酸锰(MnCO3)为前体,空气氛围下采用不同温度(300℃、350℃、400℃)煅烧, 制备了3种介孔二氧化锰(MnO2)材料,分别与粘结剂混合喷涂至石英晶片作为电极,利用石英晶体微天平(QCM)监测了3种材料在0.1 mol/L Na2SO4溶液中随循环伏安过程的电化学性能变化.分析结果表明,3种材料在首圈循环中都呈现出显著的质量增加,发生了不可逆反应过程; 300℃煅烧制备的MnO2材料具备更好的电化学稳定性和容量保持能力.将300℃, 350℃和400℃煅烧的MnO2各自作为正极与活性炭负极组成超级电容器, 进行充放电测试,首圈均有35％～40％的容量损失; 三者稳定循环时放电容量分别为15.9, 12.9和11.7 mA h/g.QCM的分析与充放电测试结果相一致,表明QCM可用于比较不同介孔二氧化锰材料的电化学性能.     

炭-/石墨烯量子点在超级电容器中的应用

炭-/石墨烯量子点作为新兴的炭纳米材料,因具有独特的小尺寸效应和丰富的边缘活性位点而在高性能超级电容器电极材料的研发方面展现出巨大潜力。针对目前炭-/石墨烯量子点在超级电容器电极材料方面的应用优势和存在的关键问题,本文以炭-/石墨烯量子点、量子点/导电炭复合材料、量子点/金属氧化物复合材料、量子点/导电聚合物复合材料以及量子点衍生炭这些电极材料为脉络,梳理了近年来该领域的发展状况,尝试阐释炭-/石墨烯量子点在电极材料、复合材料和衍生炭电极材料中所起到的关键作用,最后对炭-/石墨烯量子点电极材料的发展进行了展望。本综述以期为炭-/石墨烯量子点基电极材料的研究提供一定参考和依据。     

二氧化锰/球形活性炭复合材料在有机系超级电容器中的应用

以Mn(NO3)2和中间相炭微球基球形活性炭（MSAC）为原料,采用热分解的方法成功制备了一种新型超级电容器用MnO2/MSAC球形复合材料。 通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对比分析了该复合材料的结构和形貌,并采用循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗（EIS）、循环充放电研究了电极的电化学性能。 结果表明,MnO2/MSAC球形复合物中的MnO2粒径为100~160 nm;在1 mol/L的LiPF6/(DMC+EC)（EC：乙烯碳酸酯;DMC：碳酸二甲酯) 有机电解液中MnO2/MSAC复合材料所组装的电容器的工作电压可达3.0 V,在0.002 A/cm2电流密度下,MnO2/MSAC球形复合材料的电容器和单纯MSAC材料的电容器的首次循环比容量分别为186和167 F/g,在循环过程中,MnO2/MSAC球形复合材料的电容器循环200次后充放电的库仑效率基本保持在95%以上。 此外,MnO2/MSAC球形复合材料的充放电曲线表现出典型的电容行为;循环伏安曲线也表现出良好矩型特征,同时具有较高的能量密度和良好的功率性能。     

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。