超级电容器用石墨烯极片的制备和性能

以石墨粉为原料,通过简便的氧化还原法制备了石墨烯。将石墨烯极片在有机电解液体系中组装成超级电容器。利用XRD、SEM对制备的石墨烯电极进行物相和形貌分析。采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对所制备超级电容器的电容性能进行了研究。结果表明,石墨烯电极超级电容器比天然石墨制备的超级电容器的比电容有了明显的提高;在电流密度为200mA/g,电压区间为1.25~2.5V下循环888次后比电容保持在45.5F/g,容量保持率在85.5%,表明石墨烯材料制备的电容器具有较好的充放电循环性能。     

三维石墨烯的可压缩性能及在超级电容器中的应用

以氧化石墨烯为原料,通过水热反应和高温焙烧过程制备了三维石墨烯柱状体材料。采用机械力学测试方法分析三维石墨烯的可压缩性能,将其作为超级电容器的电极材料测试其电化学性能。结果表明,三维石墨烯呈多孔网状结构,具有良好的可压缩性能和机械性能。电极片厚度为2 mm,铝塑外包尺寸为5 cm×6 cm的对称超级电容器在电流密度为0.1 A/g下比电容为175 F/g,在电流密度为1 A/g下充放电循环10 000次后比电容保持率为81.9%。在加载不同大小压力压缩状态下,其保持了良好的电容性能。     

以氧化石墨为基质制备石墨烯/聚苯胺复合材料及其电化学性能

利用以苯胺与过硫酸铵制备的聚苯胺和改进的Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)为原料,将聚苯胺分散于GO浊液中,再对GO进行还原,制备超级电容器电极材料石墨烯(RGO)/聚苯胺(PANI)复合材料(GRP),利用X射线衍射(XRD)对其结构进行了表征,并对复合材料电化学性能进行了测试。结果表明,复合材料展示良好比电容特性,同时又具有稳定电化学性能。GRP在0.1A/g的电流密度下比电容达到510F/g,1.0A/g电流密度下比电容为485F/g,经过2000次的充放电循环后比电容保持率为92%,即复合物比电容远大于石墨烯,在化学稳定性上远好于PANI。放电响应效率高,在电极中电解质离子容易扩散和迁移。     

MEMS超级电容器用聚吡咯/炭材料复合膜电极的制备及其性能

采用电化学沉积工艺,在MEMS超级电容器的三维结构集流体上制备出聚吡咯(PPy)、聚吡咯/碳纳米管(PPy/CNT)、聚吡咯/石墨烯(PPy/GR)三种类型的膜电极。采用SEM对三种膜电极进行形貌观察,采用循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电和循环充放电研究三种膜电极的电化学电容性能。结果表明,复合电极的微观结构稳定,复合薄膜和集流体之间的结合力大;基于三种膜电极的MEMS超级电容器电容量依次增大,阻抗依次减小,放电电流为1 mA时,比电容分别达到7.0、8.0、8.3 mF/cm2,经过5 000次恒流充放电循环后,电容器的比电容分别保持了原来的72.9%、85.0%和89.2%。在PPy电极中引入CNT或GR后,MEMS超级电容器的电化学和膜电极结构稳定性可得到明显改善。     

一种新型氧化还原活性凝胶电解质在超级电容器中的应用

以2-巯基吡啶(PySH)为氧化还原活性介质,以聚乙烯醇(PVA)为聚合物基体,采用溶液共混法制备了PVA-H2SO4-PySH凝胶电解质,研究了Py-SH添加量对凝胶电解质离子电导率的影响,并组装了活性炭电极超级电容器,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗谱和自放电等测试对超级电容器电化学性能进行了表征。结果表明,PySH的引入提高了凝胶电解质的离子电导率,同时也改善了超级电容器的电化学性能,在相同电流密度下,超级电容器电极比电容由137F/g提高为394F/g,能量密度由3.6Wh/kg提高到12.4Wh/kg,经过3000次充放电循环后比电容保持率为89%。     

一种新型氧化还原活性凝胶电解质在超级电容器中的应用

以2-巯基吡啶(PySH)为氧化还原活性介质,以聚乙烯醇(PVA)为聚合物基体,采用溶液共混法制备了PVA-H2SO4-PySH凝胶电解质,研究了PySH添加量对凝胶电解质离子电导率的影响,并组装了活性炭电极超级电容器,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗谱和自放电等测试对超级电容器电化学性能进行了表征。结果表明,PySH的引入提高了凝胶电解质的离子电导率,同时也改善了超级电容器的电化学性能,在相同电流密度下,超级电容器电极比电容由137F/g提高为394F/g,能量密度由3.6Wh/kg提高到12.4Wh/kg,经过3000次充放电循环后比电容保持率为89%。     

高性能聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及在超级电容器中的应用

采用化学氧化法制得氧化石墨烯(GO),再用NaBH4还原得到石墨烯(GN);以二氧化锰为氧化剂,室温下通过化学氧化聚合法制备了聚苯胺/石墨烯复合材料(PANI/GN)。采用扫描电子显微镜(SEM)及X-射线衍射(XRD)对其结构和形貌进行了表征。以PANI/GN为活性物质制备电极,1.0mol/L H2SO4水溶液为电解液组装超级电容器,用循环伏安法(CV)和恒电流充放电技术分别测试了PANI/GN电化学性能,在0.1A/g的电流密度下的比容量为468.5F/g,经过1000次连续充放电,电容保持率为84.9%。与PANI、GN单一材料相比,PANI/GN复合物具有较高的比电容和很好的循环稳定性。     

石墨烯/聚吡咯导电复合材料超级电容器电极的制备研究

超级电容器与锂电池相比具有更高的循环稳定性以及更高的能量密度。提高超级电容器电极材料化学稳定性,增大离子吸附比表面积,以获得更好的电化学性能,成为超级电容器研究领域的热点。以湿化学还原法制备的石墨烯为基底,采用原位电化学沉积法制成了石墨烯/聚吡咯导电复合材料超级电容器电极。通过扫描电子显微镜(SEM)对电极的微观形貌进行了观察,利用电化学工作站对组装的超级电容器电化学性能进行了系统表征,同时探讨了沉积浓度和沉积时间对电化学性能的影响。结果表明,在0.2 mol/L吡咯溶液中沉积时间为22.5 min制备出的石墨烯/聚吡咯导电复合材料电极的比电容可达388 F/g,表现出优良的超级电容器电化学性能。     

石墨烯/聚吡咯导电复合材料超级电容器电极的制备研究

超级电容器与锂电池相比具有更高的循环稳定性以及更高的能量密度。提高超级电容器电极材料化学稳定性,增大离子吸附比表面积,以获得更好的电化学性能,成为超级电容器研究领域的热点。以湿化学还原法制备的石墨烯为基底,采用原位电化学沉积法制成了石墨烯/聚吡咯导电复合材料超级电容器电极。通过扫描电子显微镜(SEM)对电极的微观形貌进行了观察,利用电化学工作站对组装的超级电容器电化学性能进行了系统表征,同时探讨了沉积浓度和沉积时间对电化学性能的影响。结果表明,在0.2mol/L吡咯溶液中沉积时间为22.5min制备出的石墨烯/聚吡咯导电复合材料电极的比电容可达388F/g,表现出优良的超级电容器电化学性能。     

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。     

碳化氧化石墨烯/壳聚糖超级电容器电极复合材料的制备及表征

采用Ar氛烧结碳化法在600℃、700℃、800℃及900℃下制备了基于氧化石墨烯（GO）/壳聚糖复合材料的超级电容器电极材料。通过XRD、SEM、FTIR及循环伏安等电化学手段,系统评价了碳化的GO/壳聚糖复合材料作为超级电容器电极材料的可能性。通过与文献报道的纯壳聚糖碳化材料的相关性能进行比较,结果表明：碳化GO/壳聚糖复合材料力学性能较纯壳聚糖碳化材料提高约67%,而且具有良好的电容器材料的性质。800℃碳化GO/壳聚糖复合材料样品的比电容达131 F/g,1 500次充放电后比电容保持率达97%。     

MnOOH-石墨烯-泡沫镍自支撑复合电极的制备及其超级电容性能

采用气相沉积法和后续的电沉积法制备得到自支撑结构的MnOOH-石墨烯（graphene）-泡沫镍（NF）复合电极。使用XRD、SEM、XPS等方法对样品的物相、形貌和价态等进行表征,通过恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法对电极的电化学性能进行研究。结果表明:该方法可以成功制备得到具有自支撑结构的MnOOH-graphene-NF复合电极,超薄的graphene层均匀覆盖在NF的表面,微米球状的MnOOH纳米片紧密覆盖在graphene的表面。该自支撑复合结构可以直接用作超级电容器电极进行测试,在5 mol/L KOH溶液中表现出了较大的赝电容储存能力。在0.5 A/g的电流密度下,最大比容量可达934 F/g。当电流密度提高为5 A/g时,比容量仍达771 F/g。当电流密度为2 A/g时,循环5000次后的容量保持率高达98%,库伦效率接近100%,表现出了良好的超级电容性能。本实验提供了一种制备自支撑MnOOH-graphene-NF复合电极的新方法,该复合电极有望成为一种潜在的新型超级电容器电极材料。      

预活化时间对稻壳基活性炭结构和电化学性能的影响

以农业废料稻壳为碳源,氢氧化钠为活化剂,采用干法两步活化法制备活性炭。X射线衍射分析表明该法能有效去除稻壳中的灰分,提高活性炭的孔隙率。扫描电镜结果表明,活性炭具有发达的孔隙结构。以活性炭制备超级电容器的电极,并组装成扣式电容器。采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等测定超级电容器的电化学性能,并着重探究了预活化时间对活性炭的结构及电化学性能的影响。结果表明,预活化时间为120 min的活性炭的比电容最大,在0.25 A/g电流密度下,可达219F/g,经过1 000次循环后,其电容保持率仍达85.4%。这表明活性炭电极具有较理想的电容特性,且循环性能稳定。     

石墨烯/聚苯胺/EVOH纳米纤维膜的制备及性能研究

柔性超级电容器是可穿戴电子设备等的重要组成部分。为探索制备柔性超级电容器的电极材料,引入热塑性乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)纳米纤维,利用苯胺原位氧化聚合反应制备石墨烯/聚苯胺/EVOH纳米纤维复合膜,采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、热失重分析仪(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学工作站分析了复合膜的结构和性能。研究结果表明,复合膜具有良好的柔韧性和力学强度。室温下,用四探针法测得复合膜的电导率为1.49S/cm,扫描速率为5mV/s时的比电容为51.5F/g,650次充放电循环后比电容的保持率可达80%。     

微波法煤基活性炭的制备及其电化学性能研究

以内蒙古优质褐煤为原料,KOH为活化剂,采用微波加热活化法制备超级电容器用活性炭,利用低温氮气吸附及恒流充放电、循环伏安等方法测定活性炭的孔结构及其用作电极材料的电化学性能,并与日本商业化超级电容器用活性炭在结构及性能方面进行对比分析。结果表明,在碱炭比为3,微波活化时间为20min的条件下,可制备出比表面积达2593m2/g、总孔容达1.685cm3/g、孔径主要分布在0.5～10nm之间、中孔率达67.3%、平均孔径为2.61nm的优质活性炭。该活性炭用作超级电容器电极材料在3mol/L KOH电解液中具有优异的电化学性能,电流密度由50mA/g提高到10A/g时,其比电容由346F/g降低到273F/g,显示出良好的功率特性,经1000次循环后,比电容保持率为93.2%。与商业活性炭相比,微波法活性炭的性能更加优良。     

不同形貌的甲酸掺杂聚苯胺的电容性能

采用界面聚合法,用FeCl3作氧化剂,不同浓度的HCOOH做掺杂剂,制备了不同形貌聚苯胺纳米材料,并用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)对聚苯胺的结构和形貌进行了表征。以聚苯胺为活性物质制备电极,1mol/LH2SO4水溶液为电解液组装超级电容器,通过循环伏安法和恒电流充放电技术研究了其电化学性能。结果表明,通过控制HCOOH的浓度可以得到不同形貌的HCOOH掺杂的聚苯胺纳米材料;其中纤维状的聚苯胺作为电极材料的超级电容器在15mA/cm2放电电流下,其比电容为292.2F/g,500次循环后容量仍维持在200.6F/g,比电容保持率为68.7%。     

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。     

菱角壳基多孔炭的制备及其电化学电容特性研究

以菱角壳为前驱体,采用KOH化学活化法制备超级电容器用多孔炭,研究了不同碱炭比对多孔炭结构和电化学性能的影响。采用SEM、XRD、Raman、N_2吸脱附测试对多孔炭的微观结构进行表征,并利用循环伏安、恒流充放电、长循环、交流阻抗等方法考察其电容性能。结果表明,碱炭比为4时,多孔炭具有最高的比表面积(2 046.74 m~2/g)和最丰富的孔结构,以TEABF_4/PC为电解液组装成超级电容器,在0.1 A/g电流密度下,其比电容高达126.1 F/g,以0.5 A/g电流密度循环10 000次,其比电容仍保持92.6 F/g,展现出良好的电容性能。     

智能包装系统用石墨烯基超级电容器的制备

目的 制备具有优异电化学性能的石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰复合纤维水系超级电容器。方法 采用超声波分散处理制备氧化石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰混合纺丝液;运用湿纺纺丝工艺制备氧化石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰杂化纤维电极;通过氢碘酸还原和冷冻干燥处理构建具有多孔结构的石墨烯/纳 米纤维素/二氧化锰复合纤维电极;最后,将其组装成两电极水系超级电容器。结果 在石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰复合纤维中,纳米纤维素的添加有效抑制了石墨烯片层的自聚集,并显著提升了复合纤维的亲水性和拉伸强度。二氧化锰的加入显著提升了纤维电极的电化学性能。得益于精心的实验设计,石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰复合纤维的拉伸强度为338 MPa。组装后的水系超级电容器具有优异的电容性能和循环稳定性,在电流密度为0.1 mA/cm2时,面积电容为412.5 mF/cm2,循环1500次后,电容保持率为87%。结论 将切实可行的湿法纺丝策略与精心设计的电极结构相结合,制备的石墨烯/纳米纤维素/二氧化锰水系超级电容器为可穿戴便携式储能设备和智能包装能源供应系统的发展提供了良好的参考。     

绿色高效制备电化学性能优异的多孔石墨烯电极材料

电极材料的性能决定超级电容器的储能特性,因此研究优异电极材料的制备方法是提高其储能特性的重要前提。多孔石墨烯(Porous graphene)作为新型的碳材料具有比表面积大、电导率高等优点,是一种理想的双电层电容器电极材料。本工作制备的多孔石墨烯材料微孔和中孔都很发达,孔径分布更为合理,因此其比表面积相较于原始的石墨烯有了很大的提高。经检测该材料的比表面积为1 417.65 m²·g-1,并且能够提供较高的电化学双电层电容,经测试由该材料组装成的扣式超级电容具有31.7 F·g-1的比容量且具有优良的导电特性。此外,在电流密度1 A·g-1下循环10 000次后材料比电容保持率为78%。这些电化学测试结果表明本研究制备的多孔石墨烯在超级电容器的能量存储方面具有较好的应用前景。