超级电容器用含氮碳与含氮碳/炭气凝胶复合电极材料的制备和性能研究

采用原位聚合法合成聚苯胺(PAIN)及聚苯胺/炭气凝胶(PAIN/CA)复合材料,经过高温裂解制备含氮碳(NC)及含氮碳/炭气凝胶复合材料(NC/CA),再以KOH为活化剂对其进行活化,制备活化含氮碳(ANC)及活化含氮碳/炭气凝胶复合材料(ANC/CA)。采用扫描电镜、循环伏安、恒流充放电以及电化学阻抗等方法进行性能测试,结果表明,由于KOH的活化作用,含氮碳材料的粒径明显变小,其比电容值为138 F/g,高于未活化含氮碳材料(98 F/g),ANC/AC3复合材料电极的比电容值比ACA电极(88 F/g)高,达到127 F/g。     

碳基超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器是近年迅速发展起来的一种新型储能元件,决定超级电容器性能的最重要因素是电极材料。碳材料以其比电容高、循环寿命长和资源丰富等优点,已经成为当前超级电容器电极材料的有力竞争者。用作超级电容器电极的碳材料主要包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等。本文详细介绍了超级电容器用碳材料的特点、应用及发展状况,并指出制备具有大比表面积和高导电率的多孔碳是当前碳材料电极的主要研究方向。     

超级电容器用镍锰基二元金属氧化物电极材料

赝电容电容器相比于双电层电容器拥有更高的比容量(大约10~100倍),由于在充电/放电过程中法拉第反应同时在电极材料表面和内部发生。因此,会产生更多电子,拥有更大的比容量。目前,赝电容电极材料的研究主要集中在金属氧化物和导电聚合物。镍锰基金属氧化物具有较高的理论比容量、成本低、无毒、环境友好等优点,但是其实际的电化学性能远低于理论值。因此,为了提升材料的电化学表现,研究者提出许多有效的策略,例如:制备不同种类金属氧化物作为电极材料;采用不同的工艺制备高比表面积的材料以及不同材料之间的复合产生协同作用等。本文综述了镍锰基二元金属氧化物(NiMnO₃、NiMn₂O₄和Ni₆MnO₈)作为赝电容电极材料在超级电容器上的应用进展,同时结合目前研究方法进一步提出未来金属氧化物电极材料方面的发展方向,为继续深入研究提供一定的指导作用。     

高性能NiCoP基超级电容器电化学性能

采用水热和低温磷化反应两步法,在无添加沉淀剂条件下成功在泡沫镍上合成纳米花状镍钴磷化物(NiCoP/NF).研究结果表明,镍/钴元素物质的量之比为1∶1时,在1A·g-1电流密度下,Ni1/2Co1/2P/NF的比容量高达1276.36 F·g-1,在10A·g-1电流密度下充放电循环3000次后,比容量保持率为78....     

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。     

钴酸镍纳米花/活性炭纤维复合物的制备和表征及其超级电容器性能

利用简单的水热法以及后续热处理, 将钴酸镍纳米花成功生长在活性炭纤维支架上. 场发射扫描电镜(FESEM)及透射电镜(TEM)结果表明, 纳米花是由纳米针自组装而成, 而纳米针呈多孔结构. 这种三维复合多级结构非常有利于电解质离子的渗透和电子的传输. 将该多孔钴酸镍纳米花/活性炭纤维布作为工作电极, 表现出优良的电容性能. 在1 A·g^-1时, 比电容高达1626 F·g^-1; 在10 A·g^-1时, 电容保持率为65%, 具有超高的电容值和优异的倍率特性.     

碳基三维自支撑超级电容器电极材料研究进展

自支撑电极材料在超级电容器中有着广泛的应用. 碳材料具有结构多样、来源丰富、价格低廉以及性能稳定等优点,是构建三维自支撑电极材料的首选基底材料. 本文结合作者课题组的研究工作,从“由上而下”和“由下而上”两个方面,概述了设计、制备三维自支撑电极材料的常用方法及材料的电容性能,希望对开发利用天然可再生资源,制备高性能的自支撑电极材料及其在超级电容器材料中的应用有所帮助.     

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...     

用于高性能超级电容器的氮掺杂碳纳米网的制备

以菲为碳源、氨气为氮源,通过一步碳化、活化法成功制得了氮掺杂碳纳米网(NCNs).在800℃下制得的样品(NCN800)具有独特的网状结构、大的比表面积(1567 m2·g-1)和高的原子百分含量(N 4.41％、O 13.71％).归因于这些结构特征,工作电极NCN800在三电极系统中显示出高的比电容(0.05 A·...     

花瓣状Co-Al双金属硫化物/泡沫镍电极材料的制备及其超级电容性能的研究

采用低成本的两步水热法直接将Co-Al双金属硫化物生长在泡沫镍上,成功制备了CoAl₂S₄/Ni电极材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试等手段对其结构、形貌和超级电容性能进行了表征。结果表明,CoAl₂S₄/Ni电极材料呈现花瓣状的三维多孔结构,且表面粗糙,这种结构有利于电解液和电极材料的充分接触,具有良好的导电性和比电容性能;当电流密度为1A/g时,电极的放电比容量高达2187.1 F/g, 循环100次后比电容的保持率为90.1%,相关研究为超级电容器电极材料的制备及性能研究提供思路。     

柚子皮衍生的分级多孔碳作为高性能超级电容器的电极材料

使用CTAB作为软模板,水热处理柚子皮,再以碳化和KOH活化过程得到了分级多孔碳(HPC),这种分级多孔碳材料的比表面积高达1 813 m~2·g~(-1),相比于没有水热步骤制备的多孔碳(PC),拥有更加丰富的介孔结构和更大的比表面积。XPS分析结果表明HPC的氧掺杂量更高,会比PC贡献更大的赝电容。三电极测试体系中,HPC的比电容达到285 F·g~(-1)(0.5 A·g~(-1),1 mol·L~(-1)KOH)。同时,组装的两电极对称超级电容器拥有很好的倍率性能,循环12 000次充放电后,比电容依旧保留99%。HPC拥有这样优异的性能归结于较大的比表面积,高氧掺杂量和合理的孔径分布的协同作用。     

Manganese Oxide/Graphene Aerogel Composites as an Outstanding Supercapacitor Electrode Material

Graphene aerogels (GA), prepared with an organic sol–gel process, possessing a high specific surface area of 793 m² g^?1, a high pore volume of 3 cm³ g^?1, and a large average pore size of 17 nm, were applied as a support for manganese oxide for supercapacitor applications. The manganese oxide was electrochemically deposited into the highly porous GA to form MnO₂/GA composites. The composites, at a high manganese oxide loading of 61 wt. %, exhibited a high specific capacitance of 410 F g^?1 at 2 mV s^?1. More importantly, the high rate specific capacitances measured at 1000 mV s^?1 for these composites were two‐fold higher than those obtained with samples prepared in the absence of the GA support. The specific capacitance retention ratio, based on the specific capacitance obtained at 25 mV s^?1, was maintained high, at 85 %, even at the high scan rate of 1000 mV s^?1, in contrast with the significantly lower value of 67 % for the plain manganese oxide sample. For the cycling stability, the specific capacitance of the composite electrode decayed by only 5 % after 50,000 cycles at 1000 mV s^?1. The success of this MnO₂/GA composite may be attributed to the structural advantages of high specific surface areas, high pore volumes, large pore sizes, and three‐dimensionally well‐connected network of the GA support. These structural advantages made possible the high mass loading of the active material, manganese oxide, large amounts of electroactive surfaces for the superficial redox events, fast mass‐transfer within the porous structure, and well‐connected conductive paths for the involved charge transport.     

用于超级电容器电极材料的聚苯胺基碳(英文)

在不同温度下碳化硫酸掺杂的聚苯胺制备了含杂原子(氮和氧原子)的新型碳材料.分别通过扫描电镜、元素分析仪、X射线光电子能谱仪和比表面积测试仪对这些碳材料的形貌特征、元素组成、表面化学组成和比表面积进行了表征.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,在温度为800℃下碳化聚苯胺得到的碳有很好的电化学性能,尽管它的比表面积很小(325m·2g-1),但在0.5A·g-1电流密度下其比电容高达153F·g-1.它的高比电容可能与其含有合适比例的杂原子(氮和氧原子)有关,因为合适比例的氮和氧杂原子能够产生最大的赝电容.这些结果表明这种碳材料是一种很有发展前景的超级电容器电极材料.     

High-Performance Bismuth-Doped Nickel Aerogel Electrocatalyst for the Methanol Oxidation Reaction

Low-cost, non-noble-metal electrocatalysts are required for direct methanol fuel cells, but their development has been hindered by limited activity, high onset potential, low conductivity, and poor durability. A surface electronic structure tuning strategy is presented, which involves doping of a foreign oxophilic post-transition metal onto transition metal aerogels to achieve a non-noble-metal aerogel Ni₉₇Bi₃ with unprecedented electrocatalytic activity and durability in methanol oxidation. Trace amounts of Bi are atomically dispersed on the surface of the Ni₉₇Bi₃ aerogel, which leads to an optimum shift of the d-band center of Ni, large compressive strain of Bi, and greatly increased conductivity of the aerogel. The electrocatalyst is endowed with abundant active sites, efficient electron and mass transfer, resistance to CO poisoning, and outstanding performance in methanol oxidation. This work sheds light on the design of high-performance non-noble-metal electrocatalysts.     

Graphene-Like Carbon Derived from Macadamia Nut Shells for High-Performance Supercapacitor

The graphene-like carbon was obtained from macadamia nut shells by an activated hydrothermal method and applied for high-performance supercapacitors. The morphologies and microstructures are investigated by X-ray diffractometer, Raman spectrometer, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The experimental results show that the obtained carbon exhibits perfect graphene-like structure filled with more micropores and mesopores. The graphene-like carbon displays high surface areas of 1057 m² g^?1. The graphene-like carbon delivers an impressive specific capacitance of 251 F g^?1 and has no capacitance loss at the current density of 1 A g^?1 after 1000 cycles, which demonstrates the excellent cycle stability and high specific capacitance. The graphene-like carbon derived from macadamia nut shells can be expected for the widespread application of supercapacitors.

     

Nickel/Cobalt Molybdate Hollow Rods Induced by Structure and Defect Engineering as Exceptional Electrode Materials for Hybrid Supercapacitor

Oxygen defects and hollow structures positively impact pseudocapacitive properties of diffusion/surface-controlled processes, a component of critical importance when building high-performance supercapacitors. Hence, we fabricated hollow nickel/cobalt molybdate rods with O-defects (D−H−NiMoO₄@CoMoO₄) through a soft-template and partial reduction method, enhancing D−H−NiMoO₄@CoMoO₄’s electrochemical performance, yielding a specific capacitance of 1329 F g⁻¹, and demonstrating excellent durability with 95.8 % capacity retention after 3000 cycles. D−H−NiMoO₄@CoMoO₄ was used as the positive electrode to construct an asymmetric supercapacitor, displaying an energy density of up to 34.13 Wh kg⁻¹ and demonstrating good predisposition towards practical applications. This work presents an effective approach to fabricate and use hollow nickel/cobalt molybdate rods with O-defects as pseudocapacitor material for high-performance capacitive energy storage devices.     

Preparation and Electrochemistry of Hydrous Ruthenium Oxide/Active Carbon Electrode materials for Supercapacitor

In this paper, we reported a new method to directly prepare the amorphous hydrous ruthenium oxide/active carbon powders. The relationship between the specific capacitance and ruthenium content in powders was studied in detail. Physical properties of the powders such as crystallinity、 particle size, and electrochemical characteristics of electrodes were reported along with the capacitor performance.     

氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片构筑高性能超级电容器

首先采用溶液法在碳布上生长Co-MOF二维纳米片,通过高温退火和刻蚀后得到MOF衍生多孔碳纳米片。以Co-MOF衍生的多孔碳纳米片/碳布(CNS/CC)作为碳基骨架,采用电化学沉积法负载高活性氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs),制备得到分级多孔结构的N-GQD/CNS/CC复合材料。组装成自支撑且无粘结剂的N-GQD/CNS/CC电极,当电流密度为1 A·g~(-1)时,其比电容高达423 F·g~(-1)。通过储能机制和电容贡献机制的研究表明,在碳纤维上原位生长的具有高双电层电容的CNS和表面负载具有高赝电容的N-GQDs之间相互协同作用,使得N-GQD/CNS/CC电极具有高电容性能,是一种理想的超级电容器电极材料。电极材料的高导电、分级多孔结构有利于电子的传输和电解质离子的扩散,具有良好的动力学性能,能快速充放电和具有优异的倍率特性。将电极组装成对称型超级电容器,功率密度为250 W·kg~(-1)时对应的能量密度达到7.9 Wh·kg~(-1),且经过10 000次循环后电容保持率为91.2%,说明氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片复合材料是一种电化学性能稳定的具有高电容性能的全碳电极材料。     

CdSe/泡沫镍薄膜电极对结晶紫的光电催化降解

采用恒电位电沉积法,以泡沫镍为基底电极,制备了CdSe/泡沫镍薄膜电极,采用扫描电子显微镜、紫外可见漫反射光谱和能谱分析表征了CdSe薄膜的形貌及其组成。应用该电极研究结晶紫溶液在光电催化降解过程中的COD去除率。结果表明,以白炽灯(100 W,2只)为光源,采用电沉积30 min所得的CdSe/泡沫镍薄膜电极为工作电极,外加偏压为0.4 V(vs.SCE),0.01 mol/L NaCl为电解质,光电催化降解浓度为0.001 g/L的结晶紫溶液120 min,COD去除率达到84.3%。     

石墨烯-聚苯胺类超级电容器复合电极材料

聚苯胺理论比容量高、易合成,是一种理想的电极材料,但其循环寿命差,而石墨烯具有高的理论比表面积,将二者复合,充分利用两者之间的协同效应,能够使复合材料具有优异的电化学电容性能。本文回顾了近几年石墨烯-聚苯胺纳米复合材料在超级电容器中的最新研究结果及其制备方法,并对如何优化电极的结构与性能进行讨论,同时介绍了石墨烯-聚苯胺类电极材料在有机超级电容器中的应用进展,最后对石墨烯-聚苯胺复合材料的前景进行了展望。超级电容器用石墨烯-聚苯胺纳米复合材料的发展取决于其合理的微观结构设计,构建理想的三维多孔结构以避免聚苯胺的膨胀与收缩现象是研究的方向之一,此外,在改善石墨烯和聚苯胺间弱的界面相互作用的同时寻求石墨烯性能与功能化的平衡仍是难点,机械性能优异的聚苯胺纳米复合材料对于柔性全固态超级电容器的研究也会起到关键作用。