CoO@CuO电极材料制备及超级电容性能研究

超级电容器因具有功率密度高、充放电速率快、循环使用寿命长等优点而备受关注。CoO是一种优良的超级电容电极材料,理论比容量可以达到4 292 F·g^-1,但其电导率较低,而且充放电过程中会产生体积膨胀,导致其实际比容量低于理论比容量。为此,本文首先采用热氧化法在泡沫铜导电集流体上生长CuO纳米线阵列,然后采用化学浴沉积法在CuO纳米线表面沉积CoO层级结构,制备核壳结构CoO@CuO电极材料。该电极材料在电流密度为2 mA·cm^-2时的比容量可达到1.043 0 F·cm^-2(117.145 3 F·g^-1),并表现出了良好的电容保持率。     

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m²·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下比容量高达234.7 F·g^-1,在大电流密度10 A·g^-1时依然有207.6 F·g^-1的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^-1的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^-1的比容量,表明其具有长时工作的特性。     

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m²·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下比容量高达234.7 F·g^-1,在大电流密度10 A·g^-1时依然有207.6 F·g^-1的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^-1的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^-1的比容量,表明其具有长时工作的特性。     

用过期切片面包制备环保超级电容器活性炭电极材料

考虑到世界上每天产生大量的过期面包等过期食品,以过期切片面包为原材料,经碳化、1 mol·L^-1 KOH活化并用稀盐酸中和及去离子水和乙醇洗涤后,制备了过期切片面包活性炭(EBAC)。对过期切片面包活性炭的表面形貌、物相结构、表面官能团、比表面积和孔径分布分别通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氮气吸脱附(BET)进行了表征。在以3 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,进行了活性炭电极材料的电化学性能测试。充放电曲线显示,在0.5 A·g^-1电流密度下,电极材料比电容达到352 F·g^-1;在5 A·g^-1的电流密度下循环1000次后,比电容保持在99.87%,展示出良好的循环稳定性。交流阻抗测试得到的Nyquist图和Bode图则近一步说明了过期切片面包活性炭具有良好的超级电容器性能。     

三维筋撑石墨烯负载氧化锰的超级电容器

石墨烯基超级电容器，其功率密度较高，但能量密度受限。开发以三维石墨烯材料为载体的复合型赝电容多孔电极，是解决方案之一。本文采用铵盐辅助化学发泡法，制备了三维筋撑石墨烯泡沫体（SG）；以SG为载体，采用水热还原法在其表面生长二氧化锰（MnO₂）纳米棒阵列，从而构建了MnO₂/SG自支撑多孔材料。利用MnO₂/SG复合电极，组装了超级电容器，在0.5 A·g^-1的电流密度下，比电容达343.6 F·g^-1；经5000次循环，其容量保持率为83.8%；在500 W·kg^-1的功率密度下，其能量密度达11.93 W·h·kg^-1。因此，MnO₂/SG复合电极是一种性能优异的赝电容材料，在电化学储能领域有良好的应用前景。     

具有优异锂存储性能的蛋黄蛋壳结构FeS2@CFs薄膜电极

利用简单的静电纺丝结合刻蚀和硫化策略获得了FeS₂@碳纤维（FeS₂@CFs）薄膜电极,每个独特的蛋黄蛋壳结构单元与全方位三维碳纤维导电网络之间的协同效应赋予了电极材料优异的锂存储性能。作为锂离子电池负极材料时,在5 A·g^-1的大电流密度下容量仍能保持在415.4 mAh·g^-1,在0.5 A·g^-1的电流密度下经过循环400圈的循环之后可逆容量约为977.9 mAh·g^-1。更重要的是,前驱体材料具有很广泛的扩展性,这可为柔性薄膜电极材料的制备提供一种设计思路。     

纳米颗粒组装三维Co3O4微米花材料制备及储锂性能研究

通过软模板法(表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)结合后续空气气氛热处理制备出纳米颗粒组装三维Co₃O₄微米花负极材料。研究中采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试以及交流阻抗测试(EIS)对合成样品进行表征分析。研究结果显示，Co₃O₄微米花材料独特的结构优势赋予其优良的电化学性能，在100 mA·g^-1电流密度下电极具备约920 mA·h·g^-1的循环可逆比容量；在500 mA·g^-1电流密度下循环200次后的循环可逆比容量为757 mA·h·g^-1，容量几乎无衰减。大电流循环性能测试显示，所制备电极即使在2 A·g^-1电流密度下依旧具有476 mA·h·g^-1的循环可逆比容量。简易、有效且低成本化的高性能微米花结构过渡金属氧化物负极材料制备工艺将大大加速转换型电极材料的实际有效应用。     

核壳结构米粒状FeS2/C纳米材料制备及储锂性能研究

通过阴离子置换反应制备出具有核壳结构的米粒状FeS₂/C纳米材料。所制备材料具有较高的离子和电子电导,优异的电解液浸润特性,以及缓冲材料体积变化的能力。在作为锂离子电池负极材料时,FeS₂/C电极具有较高的可逆比容量以及优秀的倍率性能,100 mA·g^-1电流密度下可逆比容量高达1100 mA·h·g^-1,在2 A·g^-1的大电流密度下,依然有866 mA·h·g^-1可逆比容量。研究结果为其他核壳材料的制备提供了新的思路和方法。     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。     

MnFe2O4/graphene的制备及其超级电容性能

采用水热法制备了MnFe₂O₄/石墨烯(MFO/graphene)复合材料。利用XRD、SEM、EDS、循环伏安、计时电位等手段对MFO/graphene的物理与化学性能进行了表征。结果表明：产物为直径约100 nm的MFO颗粒均匀分布于graphene的片层上；MFO/graphene复合材料在3M KOH溶液中表现较好的超级电容特性。由于graphene的引入，提高了MFO材料导电性，进而改善了复合材料的电化学性能，MFO/graphene电极材料在1 A·g^-1的电流密度下展现出600 F·g^-1的比容量，与MFO相比，比电容提高了近47.1%。     

针状焦基电容器碳质电极材料的制备及电化学性能研究

以煤系针状焦生焦为原料，KOH为活化剂，制备了用于超级电容器电极材料的活性炭。以3 mol/L KOH为电解液，用三电极电化学系统测试了活性炭的电化学性质；考察了活化剂用量对活性炭电化学性质的影响。研究结果表明：活化过程中，随着碱含量的增加，活性炭的电化学性能逐渐提高。当碳碱比为1∶3时，活性炭的比表面积达到2572.7 m²/g；电流密度为1 A/g时，其质量比电容达到316 F/g。循环5000圈之后，比电容保持在95.7%，库仑效率保持在97.0%。采用两电极系统，进一步考察了活性炭的电化学性能，以1 mol/L Na₂SO₄为电解液，电压窗口拓宽至1.8 V，循环伏安曲线同样展现出良好的矩形，能量密度和功率密度分别为20.8 W·h/kg和230 W/kg。     

高导电三明治状MnO2/CNTs/MnO2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO₂具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO₂仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO₂/CNTs/MnO₂复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO₂提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO₂生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO₂发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO₂之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能：在0.1 A·g^-1的电流密度下,能够获得428.8 F·g^-1的可逆比电容,并在5 A·g^-1的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g^-1循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

珊瑚状氮掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

在三聚氰胺为氮源、碳酸钾为活化剂的条件下，由菜籽饼制得了珊瑚状氮掺杂分级多孔碳(CNPCs)。采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、氮吸脱附等表征手段，研究了三聚氰胺的用量对CNPCs微观形貌、组成及孔隙结构的影响。结果表明，当三聚氰胺的用量为2 g时，所得CNPC₂的比表面积达2050 m²·g^-1。以6 mol·L^-1 KOH为电解液，在0.05 A·g^-1的电流密度下，CNPCs的比容可达274 F·g^-1；当电流密度为50 A·g^-1时，CNPCs的比容为169 F·g^-1，显示了优异的倍率性能。经过10000次充放电测试后，比容保持率达96%，展现了良好的循环稳定性。此工作为从生物质大规模生产高性能储能用多孔碳材料提供了一种简单、绿色的方法。     

MOF衍生的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料的制备与电化学性能研究

为提升超级电容器电极材料的电化学性能,在泡沫镍(NF)上以MOF为模板制备出NiCoP/C导电骨架,后将超薄NiMn-LDH纳米片沉积其上,制备得到核壳结构的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料。电化学测试结果表明,MOF模板的高比表面积、独特的核壳结构和NiCoP/C与NiMn-LDH之间的协同作用有利于电极材料性能的提升。制备得到的NiCoP/C@NiMn-LDH电极在1 A·g^-1下比电容可达2 278.0 F·g^-1;循环2 000圈后电容保留率为93.7%。     

刚性骨架COS-NMC材料制备及其电化学性能研究

以壳寡糖(COS)为碳前驱体,三嵌段共聚物(F127)和正硅酸乙酯(TEOs)为模板剂,通过溶胶-凝胶法制备了一种用于超级电容器的原位氮掺杂介孔碳材料(COS-NMC-x)。借助质谱仪、TG-DTG、XRD、Raman光谱、N₂吸附/脱附、XPS、FT-IR、亲水性以及电化学评价等手段对材料进行了表征,以研究材料的物化性质和电化学性能。结果表明,COS-NMC-x材料的比表面积、孔容、氮原子数分数随超声时间的增加呈先增后减的趋势,当超声时间为15 min时,样品的比表面积、孔容、氮原子数分数到最大,接触角最小,分别为144.94 m²·g^-1、0.19 cm³·g^-1、7.59%和23.16°。同时对COS-NMC-x进行了电化学性能评价,在电流密度为0.5 A·g^-1时,样品的比电容为189 F·g^-1,远高于同组其他材料,说明较大的孔隙结构和氮原子数分数等有利于材料的电化学性能提升。在10 A·g^-1下经过5 000次循环之后,该材料的电容保持率达到114%,表现出良好的电化学性能,在超级电容器应用方面展现出巨大的应用潜力。     

MoCo@NF电极材料的制备及析氧性能研究

为研究水热法制备泡沫镍负载钼钴析氧电极材料的影响因素,采用正交实验方法制备了一系列析氧电极材料,结合电化学性能分析得出降低析氧过电位的最佳条件。通过SEM、EDS及电化学性能研究了最佳条件下制备的电极材料,研究表明,泡沫镍表面负载了呈现出花朵状的钼钴氧化物,表现出较好的析氧性能,其电极电流密度在100m A·cm^-2的过电位为311m V,Tafel斜率为72m V·dec^-1,双电层电容Cdl为20.85m F·cm^-2,1h内电流密度保持率达95.71%。     

聚苯胺/二氧化锰/聚吡咯复合纳米球的制备及其电化学储能性

利用化学合成法成功制备了尺寸分布均一的聚吡咯(polypyrrole,PPy)纳米球，通过酸解法将KMnO₄分解成MnO₂纳米片原位生长在PPy纳米球表面，然后采用稀溶液合成法将聚苯胺(polyaniline,PANI)生长在MnO₂表面，得到PANI@MnO₂@PPy三元复合材料。扫描电子显微镜、透射电镜、拉曼光谱、X射线粉末衍射和X射线光电子能谱证实PANI@MnO₂@PPy成功合成。通过溶液涂覆法，将PANI@MnO₂@PPy三元复合材料制备成电极并测定其电化学储能性，在1 mol·L^-1 Na₂SO₄电解质溶液中，当电流密度为0.5 A·g^-1时，PANI@MnO₂@PPy电极的比电容量约为357 F·g^-1，是MnO₂@PPy电极的1.96倍；当电流密度从0.5 A·g^-1...     

谷胱甘肽辅助水热合成NiCo2S4电极材料及其电化学性能

超级电容器作为一种新型储能器件，凭借其高功率密度和超长的使用寿命等优点，已被实际应用于多个领域。在超级电容器组成部件中，电极材料对器件性能优劣起着关键作用，因此制备电化学性能优异的电极材料具有重要意义。采用乙酸镍、乙酸钴为原料，还原型谷胱甘肽(GSH)为形貌控制剂和硫源，通过水热法制备Ni Co₂S₄电极材料，并研究了水热反应时间对Ni Co₂S₄微观结构、形貌、电化学性能的影响。结果表明：在GSH作用下制备的Ni Co₂S₄材料呈现“蛋黄–蛋壳”结构；当电流密度为0.5 A/g时，比电容为1 552.7 F/g；在电流密度为10 A/g条件下可以保持61.3%的比电容；经过2 000次循环后，Ni Co₂S₄电极材料的比电容保持率可以维持在79.3%。分别以Ni Co₂S₄与活性炭为正负极组装一个混合型超级电容器，在功率密度为800 W/kg时可以提供33.9 W·h...     

三金属Mn-Ni-Co-O@Ni-Mn-S纳米针/纳米片核壳阵列用于超级电容器的研究

为满足超级电容器对于高性能电极材料的需求,本研究采用水热和电沉积结合的方法,在泡沫镍上合成了具有独特三维(3D)核壳结构的纳米针/纳米片核壳阵列(3D NDNSA)的过渡金属氧化物和硫化物复合赝电容电极材料Mn-Ni-Co-O@Ni-Mn-S(MNCO@NMS)。SEM和TEM分析结果表明,一维MNCO纳米针为核心和二维NMS纳米片为壳层,相互连接并交织形成分层的3D核壳纳米结构的MNCO@NMS。由于过渡金属氧化物和硫化物的协同作用和分层核壳结构带来的导电性和活性位点的增加,制得的3D MNCO@NMS表现出了优异的电化学性能。在3 mol·L^-1 KOH作为电解质的三电极电化学测试系统中,MNCO@NMS电极在电流密度1 A·g^-1下比电容为 2 574.2 F·g^-1;在电流密度 10 A·g^-1下循环5 000次后,表现出接近100%的库伦效率和83.4%的比电容保持率。此外,以制得的MNCO@NMS为正极,活性炭为负极组装的混合超级电容器器件(HSCs)在功率密度799 W·kg^-1下的能量密度为54.4 Wh·kg^-1,在 5 A·g^-1下进行4 000次循环后,库伦效率接近100%和保持初始比电容的81.7%。这些电化学特性表明,核壳MNCO@NMS可以成为超级电容器高性能电极的选择之一。