玉米淀粉基碳微球的制备及电化学性能的研究

以玉米淀粉为原料,经过乙酸镍处理后在不同温度下碳化,再用KOH对碳化材料进行活化,得到玉米淀粉基碳微球,该材料可做成超级电容器。采用扫描电子显微镜(SEM)对实验样品形貌进行表征,并且进行了循环伏安、恒流充放电等电化学性能测试。SEM结果显示,原料玉米淀粉呈片状,而实验制得的玉米淀粉基碳微球具有良好的球形外貌,表面光滑平整。电化学性能结果显示,经900℃碳化并活化后的玉米淀粉基碳微球表现的电容特性最佳。在6mol/L KOH电解液中,200mV/s的扫描速度下,其循环伏安曲线仍能保持高度类矩形形状;在电流密度为1A/g恒流充放电下,其比容量高达116F/g,且经过500次充放电循环后,依然保持初始值的98%的比电容。结果表明,乙酸镍能促进淀粉球很好地形成球状的碳微球,且活化后的玉米淀粉基碳微球表面粗糙,产生了多孔结构,比表面积增大,电化学性能大大提高。     

磷掺杂中空碳球的制备及其电容性能EI北大核心CSCD

以酚醛预聚体和苯乙烯为原料通过水热法一步合成中空聚合物球(HPS),再以三氯化磷为反应剂通过傅-克反应对HPS处理得到含磷交联聚合物,经高温炭化和KOH活化制备磷掺杂中空碳球(AP-HCS)。采用FT-IR,TG,SEM,TEM,Raman,BET,XPS等手段对含磷聚合物和碳材料的组成、结构与形貌进行表征,测试碳材料在1 mol/L H2SO4介质中的电容性能。结果表明:AP-HCS的比表面积可达2177 m2/g,在1 A/g电流密度下,比电容为288 F/g,5 A/g电流密度下经循环充放电5000次后比电容值仍能保持88.9%,具备良好的电容性能。     

间苯二酚–甲醛辅助溶胶–凝胶法制备纳米Li2MnSiO4/C正极材料

采用间苯二酚–甲醛辅助溶胶–凝胶法制备了纳米Li₂MnSiO₄/C正极材料, 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒流充放电测试等方法对材料的结构、形貌以及电化学性能进行了分析和表征。结果表明, 所制备的样品属于正交晶系Pmn21空间群, 物相纯度很高, 颗粒尺寸细小(50 nm左右)且分布均匀, 并具有良好的电化学性能, 首次放电比容量为105.7 mAh/g, 50次循环后容量保持率高达90.7%。XRD图谱显示, 经过充放电循环后, Li₂MnSiO₄能始终保持稳定的晶体结构, 表明间苯二酚-甲醛在烧结过程中形成的网络包覆碳层不仅提高了材料的电子电导率, 还维持了材料结构的稳定。     

不同催化剂对碳气凝胶结构及电化学性能的影响

以抗坏血酸为催化剂、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(P123)为表面活性剂,间苯三酚、间苯二酚和甲醛为原料,经过溶胶-凝胶、溶剂置换、常压干燥及高温炭化制得碳气凝胶材料。利用N2吸附法和X射线衍射对碳气凝胶的结构进行表征,并评价了其在6mol/L KOH中的电化学性能。结果表明,以抗坏血酸为催化剂制得碳气凝胶比表面积较大,为656.5m2/g;循环伏安及恒流充放电表明,在0~0.8V电位范围内电极材料具有良好的双电层电容和循环稳定性,在0.5A/g电流密度下,比电容为275.0F/g。     

氮掺杂碗状空心碳微球的制备及其 在超级电容器中的应用

针对碳电极材料存在比电容小、能量密度低的问题,采用异质成核合成路径制备了新型的碗状空心碳微球,进一步以尿素为氮源,通过水热法制备了高性能氮掺杂碗状空心碳微球。采用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、能谱仪、傅立叶红外光谱仪和X射线光电子能谱分析仪对碗状空心碳微球和氮掺杂碗状空心碳微球的形貌及结构进行表征,并分析了氮掺杂对碗状空心碳微球的电化学性能。实验结果表明:氮掺杂对碗状空心碳微球的电化学性能有显著的改善,在1 A/g的电流密度下,氮掺杂碗状空心碳微球的比电容(235.5 F/g)远高于碗状空心碳微球的比电容(121.0 F/g),此外,氮掺杂碗状空心碳微球在3 A/g的电流密度下循环5 000次后,其比电容保持率为78.3%。     

水热法合成二硫化钼花状微球及其电容性能研究

使用水热法以钼酸铵为钼源,硫脲为硫源制备了由纳米片组成的三维花状的二硫化钼微球。利用XRD、Raman、SEM和TEM对产物的微观结构和形貌进行了表征。同时通过循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗谱研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。测试表明MoS2花状微球电极材料在电流密度为0.5A/g时,比电容可达225F/g,具有良好的倍率性能,是一种性能优异的超级电容器电极材料。     

聚酰亚胺基氮掺杂碳电极材料的制备及电化学性能研究

由于氮掺杂多孔碳材料不仅保留原有材料的高比表面积、高孔隙率和发达的孔道结构等优势,还兼具杂原子良好的润湿性能和导电性,被广泛应用于超级电容器电极材料的研究。以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为原料,通过水热法,在高温高压的条件下,分子链进行“自上而下”的折叠,形成三维纳米微球结构。借助对纳米球的高温热解,使氮元素保留在碳材料中,得到含有大量微孔和介孔结构的掺杂氮碳微球。当碳化温度达到800℃时,PI碳球具有709.39m²/g的高比表面积和良好的氮掺杂率,很大程度上提高了此类电极材料的比电容和润湿性能。电化学测试表明,当扫描速率为0.5A/g时,电极材料能够达到253.6F/g的比电容,且在电流密度达到10A/g时,电极材料的电容保持率为59.6%。同时,在循环10000次后,比电容保持率出现涨幅达到105%,具有优异的循环稳定性。综上,通过自组装和氮掺杂的有效结合,制备的3D氮掺杂多孔碳微球具有理想的电化学性能,为制备超级电容器电极材料提供了一种可供参考的工艺。     

原位水热合成CMS/MnO_2纳米复合材料及其电化学性能研究

水热条件下在炭微球(CMS)载体表面原位生长纳米结构的二氧化锰(MnO2),制备碳微球/二氧化锰(CMS/MnO2)纳米复合电极材料,并应用于超级电容器。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TGA)对复合材料结构进行表征;采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究。结果表明,CMS/MnO2复合物中MnO2纳米片均匀地负载在碳微球的表面,形成绣球状结构,MnO2纳米片具有典型的K-Birnessite型晶体结构,其中MnO2的含量约为62%(质量分数),CMS/MnO2比容量达到266F/g;随着反应时间的延长,碳微球表面负载的MnO2纳米片逐渐生长并完善,CMS/MnO2的比容量也呈现先增长后保持不变的趋势。     

三维石墨烯纳米球的制备及其在锂离子电池中的应用

采用直流电弧放电法制备出一种三维石墨烯纳米球材料。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱和X射线衍射光谱(XRD)等测试方法对三维石墨烯纳米球的形貌和结构进行了表征和研究。通过交流阻抗(EIS)、恒流充放电和循环稳定性测试等电化学测试手段来研究三维石墨烯纳米球作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明, 在电流密度为0.05 A/g下, 三维石墨烯纳米球作为锂离子电池负极材料的首次放电容量为485.9 mAh/g, 高于炭黑作负极的放电容量(401 mAh/g); 当电流密度为1 A/g时, 三维石墨烯纳米球负极材料仍然具有185.4 mAh/g的放电容量。在电流密度分别为0.5 A/g和2.5 A/g下, 充放电循环100次以后, 三维石墨烯纳米球的比容量几乎没有衰减, 这表明三维石墨烯纳米球作为锂离子电池的负极材料比炭黑具有更大的容量, 同时具有优异的循环稳定性。     

纳米Si掺杂SiOx-Si@C@碳纳米管复合负极材料的制备及性能

在对氧化亚硅(SiO)材料进行表面碳包覆和添加导电材料的基础上,掺杂少量纳米Si进一步提高其首次充放电容量和首次库仑效率。采用XRD、SEM、TEM、Raman、FTIR分析材料的物相结构和微观形貌,通过恒流充放电测试仪分析复合材料的电化学性能。结果显示,纳米Si质量为SiO_x质量10%的复合材料(SiO_x-Si@C@碳纳米管(CNTs)-10)的首次充放电容量分别为1 348.1 mA?h/g和1 874.4 mA?h/g,首次库仑效率为71.9%,循环100周后材料的可逆容量为1 116.2 mA?h/g,容量保持率为82.8%;以不同电流密度充放电,其放电容量远远高于没有纳米Si掺杂的材料。SiO_x-Si@C@CNTs复合材料具有较高的首次库伦效率、较好的循环性能和倍率性能。      

炭气凝胶为电极的超级电容器的研究

采用低分子线性酚醛树脂-糠醛为原料通过溶液．溶胶-凝胶途径成功合成了炭气凝胶．探讨了结构对电化学性能的影响。采用直流循环法测定炭气凝胶为电极的超级电容器的电化学性能,结果表明,炭气凝胶电极在0．5mA充放电时电极的比电容为121F／g．充放电效率为95％．具有性能稳定、充放电效率高等优良性能。     

Nanostructured SnS/carbon composite for supercapacitor

Net-like nanostructured SnS/carbon composite was prepared by heating mixture of SnS nanoparticles and resorcinol-formaldehyde sol at 650 °C. The morphology and structure of prepared SnS and SnS/carbon composite were studied by transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). Electrochemical investigation indicated that SnS/carbon composite presented superior electrochemical performances than pristine SnS. SnS/carbon composite had better capacitive response in cyclic voltammetry and could deliver larger specific capacitance of 36.16 F/g in galvanostatical charge-discharge process. Net-like structure of SnS/carbon composite and good conductivity of carbon were considered to be responsible for its preferable electrochemical performances.     

碳包覆改性二氧化锰电极材料的制备和性能

先以高锰酸钾(KMnO₄)和硫酸锰(MnSO₄·H₂O)为原料用电脉冲辅助氧化还原法制备二氧化锰(MnO₂)粉末,再以葡萄糖(C₆H₁₂O₆)为碳源用液相烧结法制备出不同碳包覆量的MnO₂/C复合材料,研究了碳包覆量对材料的形貌、结构和电化学性能的影响。结果表明,碳的加入使MnO₂晶型由γ型转变为α型,葡萄糖加热分解后生成无定型的碳覆着在二氧化锰颗粒的表面,抑制了晶粒生长而使晶粒细化。充放电测试结果表明,在葡萄糖浓度为1.5 g/L、电流密度为2 A·g^-1条件下二氧化锰的比电容为722.2 F·g^-1。与包覆二氧化锰前比较,包覆后比电容提高了64.6%。经过4000圈充放电循环后电容保持率为74.72%,表现出良好的电容特性和循环性能。     

Synthesis and electrochemical characterization of carbon spheres as anode material for lithium-ion battery

Carbon spheres were synthesized by the thermal decomposition of RF precursor which was synthesized by surfactant-assisted polycondensation of resorcinol with formaldehyde. The morphology of precursor was preserved during the decomposition process. EDS, TG, SEM, CV and galvanostatic charge-discharge methods are used to characterize the composition, morphology, and electrochemical performance of carbon spheres. The results revealed that these carbon spheres had a spherical morphology, smooth surface and probable size of about 400 nm. When the carbon spheres were used as anode materials for lithium-ion battery, they exhibited a high lithium storage capacity and good cycle performance. In addition, the possible progress for the preparation of carbon spheres was proposed.     

基于煤萃取物的类石墨状多孔炭的制备及其电容性能研究

以褐煤萃取物为炭前驱体, MgO为阻隔剂, KOH为活化剂, 在800℃惰性气氛下制备出类石墨状多孔炭材料。对该多孔炭材料进行了红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和拉曼(Raman)表征。以活化前和活化后多孔炭为电极材料, 利用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗对其进行了电化学电容性能评价和比较。结果表明: 活化后炭材料呈现多孔的薄膜状, 比表面积高达1396 m²/g, 而活化前炭材料比表面积仅为138.4 m²/g。当电流密度为1 A/g和4 A/g时, 活化后炭材料比电容分别为533 F/g和390 F/g; 而活化前炭材料对应的比电容为366 F/g和198 F/g。在电流密度为5 A/g下循环8000圈后, 活化前后炭材料的电容保持率分别为72.5%和89.6%。可见, 经过KOH活化后的炭材料比电容和电化学稳定性有了显著提高。该研究证明阻隔剂和活化剂的使用, 能够获得高度柔性的高电容性能的类石墨状多孔炭。     

交联网状聚苯胺/多壁碳纳米管复合物的合成及电容性能

以樟脑磺酸为掺杂酸,过硫酸铵为引发剂,丁二酸二异辛酯磺酸钠为表面活性剂,通过简单的化学氧化法成功地制备出具有交联网状结构的聚苯胺(PANI),并通过原位聚合法获得了聚苯胺/多壁碳纳米管(PANI/MWCNT)复合物。形貌分析结果表明,交联结构的PANI成功地包覆在MWCNT表面。电容性能测试结果显示,当电流密度为0.5 A/g时,PANI/MWCNT复合物的比电容高达639.7 F/g,较纯PANI的比电容(498.7 F/g)有显著提高。在5.0 A/g的电流密度下,经1000次充放电循环后,PANI/MWCNT复合物的电容仍保持为初始值的77.2%,而纯PANI的电容保持率仅为65.1%,表明MWCNT的引入能够较好地改善PANI的电化学稳定性。     

石墨烯/炭气凝胶的制备及其结构与性能研究

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为炭前驱体原料, 通过溶胶-凝胶法制备石墨烯/炭气凝胶复合材料。采用XRD、Raman、SEM和N₂吸附/脱附等对样品进行结构表征。结果表明: 石墨烯为R和F的聚合提供形核场所, R和F首先在氧化石墨烯(GO)表面聚合, 随着RF含量的增加, 复合炭气凝胶(RF)结构从石墨烯薄片层为骨架的三维网络, 经RF基炭球包裹于石墨烯的网络结构, 最终转变为球形团簇交联的三维网络。石墨烯/炭气凝胶复合材料的比表面积随着RF的增加先增大后减小。当GO与RF质量比为1︰100时, GO/RF-100用作超级电容器电极材料, 在6 mol/L KOH电解液中的比电容达169 F/g, 具有较好的电容特性。     

聚酰亚胺基活性炭的制备及其电化学性能的研究

通过炭化和进一步KOH化学活化的方法制备了聚酰亚胺基炭材料, 并将其用作双电层电容器电极材料. 采用DFT、XPS方法对其孔结构和表面化学性质进行了研究, 并通过恒流充放电等方法探讨了其电化学特性. 结果表明: 样品CPI的质量比电容是双电层电容和表面氮原子(尤其是N-5)所提供的赝电容共同作用的结果. 经活化后, 样品API比表面积达到1941m²/g, 主要形成0.7～2.0nm之间的微孔, 氮原子的影响可以忽略, 在50mA/g的放电电流密度下质量比电容达300F/g, 且电流密度达到1000mA/g时, 电容保持率仍为86.1%; 交流阻抗测试也表明样品API具有良好的双电层电容特性, 是一种新型的双电层电容器电极材料.     

MnO_2/TiO_2复合物电极的制备及超级电容性能

采用水热法在阳极氧化的TiO_2纳米管阵列上修饰MnO_2,制备MnO_2/TiO_2复合物电极,并组装为对称超级电容器。利用FESEM、TEM、XPS和电化学工作站对样品的表面形貌、元素价态和电化学性能进行表征。结果表明:MnO_2以纳米颗粒形态均匀分布在TiO_2纳米管阵列管口和内部,充放电电流密度在1A/g下时,比电容为429.3F/g,经5 000次循环后的电容保持率为82.4%。MnO_2/TiO_2对称超级电容器在电流密度5A/g下充放电比电容为39.9F/g,经5 000次循环后的电容保持率为91.5%;功率密度400 W/kg下,能量密度为18.98 Wh/kg。阳极氧化的TiO_2纳米管阵列既可做MnO_2的载体,基底Ti又可做集流体,减轻了超级电容器的质量,为制备超级电容器提供了一种思路。     

NiO/AC非对称电容器电极材料的制备及性能研究

以硫酸镍为原料、氨水为沉淀剂, 采用化学沉积法成功制备出氧化镍纳米颗粒, 分别采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TGA)、物理吸附仪等测试手段对纳米氧化镍的物相、形貌和结构进行分析和表征。结果表明, 所制得的纳米氧化镍为球形多孔颗粒, 直径大约为200 nm。其中在300℃下热处理得到的氧化镍比表面积最大, 为132 m²/g, 平均孔径为7.3 nm。将其作为正极, 活性炭作为负极, 组装成非对称电容器, 结果表明非对称电容器具有良好的电容性能和循环稳定性, 在25 mA/g电流密度下, 比电容达到1039 F/g, 充放电效率高达98%以上。