氧化镍柔性自支撑电极材料的电化学性能研究

制备具有优异界面结构和电子/离子传质能力的柔性电极材料是解决高性能电化学活性物质由体积膨胀引起材料粉化和从集流体剥落难题的关键。一种独特的工艺实现了高性能过渡金属氧化物（氧化镍）内嵌碳纤维柔性织物电极的一步制备,所制备的活性物质免于使用导电剂、粘结剂和集流体直接用于锂离子电池负极材料的组装。得益于氧化镍超高的理论比容量,活性碳纤维基体材料低维特性和良好的内应力分散率,制备的复合织物电极展现出良好的电化学性能,一维氧化镍/碳纳米纤维（NiO-CNF）复合柔性电极较纯氧化镍（NiO NF）纤维电极材料具有更卓越的循环耐久性和倍率性能,NiO-CNF和NiO NF在0.5C倍率循环200次分别具有418 mAh·g-1和242 mAh·g-1的可逆容量,良好的电化学性质归因于复合柔性电极的交联结构提供的优异扩散动力学和应力缓冲。     

水热合成还原氧化石墨烯复合氧化镍超级电容器电极材料（英文）

通过水热条件下合成氧化镍前驱物基础上同步还原氧化石墨烯,随后在空气中退火后制备了氧化镍复合还原氧化石墨烯电极材料。电化学性能测试表明,复合体系中,还原氧化石墨烯为体系中电子传导提供了良好的导电网络,因此,在电流密度0.5A/g下,其比电容值达到了360F/g高于单一氧化镍电极材料的310F/g;同时,在对复合材料的循环寿命特性的测试结果表明,由于还原氧化石墨烯提供了氧化镍电化学过程中所需的体积弛豫空间,复合电极材料的循环寿命也得到了明显的改善。由此可见,通过采用上述简单有效的制备方案可以获得性能更为优异的超级电容器电极材料,为相关电极材料的制备提供了必要的实验基础。     

RuO_2·nH_2O薄膜的制备以及物相演变和伏安特性

以RuCl3·3H2O水溶液为电沉积液,采用直流-示差脉冲组合电沉积技术,通过后续热处理工艺制备超级电容器用钽基RuO2·nH2O薄膜电极材料。用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、差热分析仪(DTA)、扫描电镜(SEM)和电化学分析仪,研究前驱体RuCl3·cH2O转化为RuO2·nH2O的物相演变行为以及微观组织形貌和循环伏安性能。结果表明:随着热处理温度升高,前驱体RuCl3·cH2O通过4步反应转变成RuO2·nH2O薄膜;该薄膜经历从无定形向晶体结构的转变。经300℃热处理的RuO2·nH2O薄膜电极材料的单位面积质量为2.5mg/cm2,比电容达到512F/g;当电压扫描速率从5mV/s增加到250mV/s时,其比电容下降34%。     

多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜制备及其电化学性能

目的 制备高比容量多孔钛/TiO2纳米管三维自支撑一体化复合电极材料。方法 采用非溶剂致相分离法与高温烧结相结合的方法制备出孔径小、空间利用率高的三维多孔钛平板膜,然后经阳极氧化法在其表面生长TiO2纳米管,从而制备出多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜电极。结果 以3 μm粒径钛粉为原料,N-甲基-2-吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈为添加剂制备钛膜生坯,经刮膜成型后,在氩气保护下经1000 ℃烧结,得到孔径约为2～6 μm的多孔钛平板膜。采用阳极氧化法在多孔钛平板膜上直接生长TiO2纳米管,制得多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜电极。该复合薄膜电极在超级电容器中具有良好的电化学性能,其在2 mA/cm2电流密度下,比电容为385.34 mF/cm2,即使电流密度增加到10 mA/cm2,比电容仍能保持在125.14 mF/cm2。结论 相较于TiO2纳米颗粒,采用此方法制备的多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜电极具有良好的电化学性能,可为下一代储能器件提供新的思路。     

涂覆载量对IrO2-CeO2-G/Ti电极组织结构和电容性能的影响

采用热分解法制备了新型IrO2-CeO2-G/Ti复合电极。采用SEM、TEM、XRD和XPS等测试手段分别对不同IrO2含量的电极进行表征。采用循环伏安法、恒流充放电法和电化学阻抗谱法对电极的电化学行为进行研究。结果表明,IrO2涂覆载量为2.5mg/cm2 的电极具有最大的比电容值459.5 F/g。在5mA/cm2电流密度下,经5000次充放电循环后IrO2涂覆载量为2.5mg/cm2电极比电容仍能保持97.8%。该种复合电极材料因其独特的元素组成和良好的赝电容性能,是一种理想的超级电容器电极材料。     

原位自生法制备高性能氧化物／纳米多孔金属复合电极

超级电容器具有功率大、充放电速度快和循环稳定性高等优点,但能量密度低一直是限制其更广泛应用的主要障碍。提高超级电容器能量密度的关键是开发高性能电极材料。以廉价过渡金属氧化物为代表的赝电容材料以其高的理论比电容吸引了人们的广泛关注。但这些氧化物绝大部分属于半导体或绝缘体,其过低的导电率限制了其实际应用。为克服这一不足,人们主要通过引入导电增强材料如纳米碳、导电聚合物、金属纳米粒子等来提高赝电容氧化物的导电性。     

氮掺杂石墨烯柔性薄膜的制备及其超电容性能

目的改善超级电容器用石墨烯薄膜的超电容性能。方法采用水热和高温热解法制备多孔氮掺杂的石墨烯柔性薄膜,采用SEM形貌、XRD图谱和等温曲线分析其结构,采用三电极体系测试循环伏安曲线和恒流充放电曲线,分析其超电容性能。结果氮掺杂石墨烯柔性薄膜保持了氧化石墨烯的褶皱透明,同时具有网络式的多孔洞结构。氮气吸脱附测试表明,氮掺杂多孔石墨烯的比表面积为280.78m2/g。氮掺杂石墨烯薄膜在1.0 mol/L硫酸钠溶液中,当电流密度为0.1 A/g时,其比容量达到169 F/g。结论氮原子的掺杂以及氮掺杂石墨烯柔性薄膜的多孔结构可以有效提高石墨烯材料的超电容性能。     

掺锡氧化钌超级电容器薄膜电极的研制

采用直流-示差脉冲组合电沉积技术,以(Ru-Sn)Clx水溶液为沉积液,通过后续热处理工艺制备超级电容器用钽基(Ru-Sn)O2·nH2O薄膜电极材料。借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)和电化学分析仪,研究前驱体(Ru-Sn)Clx转化为(Ru-Sn)O2·nH2O的物相演变及其微观形貌和电容性能。结果表明:合适的热处理工艺能使前驱体(Ru-Sn)Clx转化为(Ru-Sn)O2·nH2O薄膜,提高薄膜与钽基体的附着力(达到12.3MPa);在溶液中加入SnCl2能改善薄膜内部的结合力;随着SnCl2含量的增加,薄膜单位面积的质量增加;薄膜单位面积的电容量先升高后降低,最大值为1.9F/cm2;而比电容则呈现单调下降趋势。     

热分解法制备RuO2-IrO2/Ta超级电容器薄膜电极材料研究

用溶液涂刷热解法制备了RuO2-IrO2/Ta超级电容器薄膜电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对薄膜电极材料的结构和形貌的分析表明制备的电极材料具有纳米尺度和多孔结构。热分析表明(RuO2-IrO2).nH2O/Ta的结晶转化温度约为327℃。在频率为100 Hz时经320℃/30 min处理涂刷5层的热分解法制备的电极在浓度为37%的硫酸溶液中获得最大电容为55mF/143 mm2。     

富氧多孔石墨烯薄膜制备及其超级电容器性能

目的 改善传统的激光诱导石墨烯薄膜电极本身储电能力差、应用范围有限的问题。方法 利用CO2激光扫描自制的高含氧酚醛树脂薄膜制备了一种富氧的多孔石墨烯薄膜电极,并对其进行电化学活化处理,用以增强内部含氧基团的活性和含量,对石墨烯薄膜的形貌、组成以及电化学性能进行了表征。结果 在激光的高温高压下,酚醛树脂分解释放的大量气体会使石墨烯薄膜内部形成丰富的纳米孔隙结构,氮气吸附解吸曲线的结果显示其比表面积达到了324 m²/g。此外,在酸性电解质下采用电化学激活的方式,能够使石墨烯薄膜内部碳原子上的含氧基团发生转化反应,并且它们与碳原子的键合也为电极提供了更稳定的结构。在电化学性能测试中,石墨烯薄膜上的氧官能团发生高效的可逆氧化还原反应,在0.5 mA/cm²的电流密度下具有高达342.8 mF/cm²的面积比容量,组装成超级电容器后也保持了优异的储能特性和循环稳定性,在0.058 9 mW/cm²的功率密度下具有5.93 μWh/cm²的能量密度。结论 利用该方法制备的富氧多孔石墨烯电极材料兼具高稳定性和高比电容的优势,有望在实际应用中为后续赝电容材料的可靠负载和异原子的高含量稳定掺杂提供一种更可靠的石墨烯骨架,为构筑新型高性能储能器件提供了设计思路。     

超级电容器金属氧化物电极材料研究进展

金属氧化物电极兼有双电层电容和10～100倍双电层电容的准电容,其比容量远远大于活性炭材料表面的双电层电容,而且使用寿命长(循环次数105～106),维护简单,是一种新型、高效、实用的能量存储装置,引起研究者的广泛兴趣.综述了超级电容器用金属氧化物电极材料(RuO2、MnO2、Co3O4和NiO)及复合型氧化物电极材料的储能原理、制备和性能的研究现状,并且展望了超级电容器金属氧化物电极材料当前热点研究领域和发展前景.     

Synthesis of Amorphous Hydrous Ruthenium Dioxide for Electrochemical Capacitors

采用改性的中和反应及热处理工艺合成了电化学电容器用无定形水合二氧化钌材料（RuO2·xH2O）,并以高导电性石墨板作集流体,研究了合成材料的电化学性能。实验中,以自制的喷雾装置和十二烷基磺酸钠（SDS）分别作为反应辅助分散技术和表面分散剂。结果表明,合成材料的前驱体经175 ℃处理后,可获得大比表面积（218 m2/g）、蓬松状、深黑色无定形的高性能电极材料。循环伏安实验（CV）结果表明,该合成材料具有较好的比电容（995 F/g at 1mV/s）和倍率特性;电化学交流阻抗（EIS）实验进一步证明了该材料具有较低的等效串联内阻（～25 mΩ）,同时验证了材料的倍率特性良好。合成材料有望在国防及民用领域电化学电容器中得到潜在应用     

电沉积法制备掺杂钴的氢氧化镍电极材料及其容量特性

采用电化学共沉积技术在泡沫镍基体上制备了掺杂氢氧化钴的氢氧化镍电极,研究了其容量特性。结果表明：0．5mol／LNi（NO3）2和0．25mol／LCo（NO3）2溶液以体积比Ni（NO3）2：Co（NO3）2=8．5：1．5混合作为沉积溶液时,所得掺钴的氢氧化镍电极性能最佳。XRD和SEM分析表明：所得产物为掺杂α-Co（OH）2的α-Ni（OH）2,晶粒尺寸为2-10nm,其粒子形貌呈球状,粒径在0．5～2μm之间。将其组装成C／Ni（OH）2模拟超级电容器,在充放电电流为5mA的条件下,循环40次后比电容为460F／g,其比电容数值随循环次数增加逐渐趋于稳定。     

氧化钴/镍核壳结构纳米线的合成及其在超级电容器的运用

在本文中,我们通过两步法合成了具有核壳结构的CoO/NiO纳米线。透射电子显微镜的结果显示,CoO纳米线被NiO的纳米片层结构紧密包覆,同时该样品具有独特的多孔结构。由于其特殊结构,该样品用于超级电容器电极材料显示了优异的电容性能（当电流密度为1 A g-1时,其比电容能够达到708 F g-1）,同时该样品显示了良好的倍率特性以及循环稳定性（当循环1000个周期后,其电容保持力为80 %）,其电容性能明显优于单组份样品。这主要是由于CoO纳米线和NiO纳米片相比于单一组分能够为氧化还原反应提供更多的活性位点,这种协同作用有助于提高材料整体的比电容以及电化学稳定性。     

电化学电容器用无定形水合二氧化钌的研制（英文）

采用改性的中和反应及热处理工艺合成了电化学电容器用无定形水合二氧化钌材料(Ru O2·x H2O),并以高导电性石墨板作集流体,研究了合成材料的电化学性能。实验中,以自制的喷雾装置和十二烷基磺酸钠(SDS)分别作为反应辅助分散技术和表面分散剂。结果表明,合成材料的前驱体经175℃处理后,可获得大比表面积(218 m2/g)、蓬松状、深黑色无定形的高性能电极材料。循环伏安实验(CV)结果表明,该合成材料具有较好的比电容(995 F/g at 1m V/s)和倍率特性;电化学交流阻抗(EIS)实验进一步证明了该材料具有较低的等效串联内阻(~25 m?),同时验证了材料的倍率特性良好。合成材料有望在国防及民用领域电化学电容器中得到潜在应用。     

IrO_2涂覆载量对IrO_2-CeO_2-G/Ti电极组织结构和电容性能的影响（英文）

采用热分解法制备了新型IrO_2-CeO_2-G/Ti复合电极。采用SEM、TEM、XRD和XPS等测试手段分别对不同IrO_2含量的电极进行表征。采用循环伏安法、恒流充放电法和电化学阻抗谱法对电极的电化学行为进行研究。结果表明,IrO_2涂覆载量为2.5 mg/cm~2的电极具有最大的比电容值459.5 F/g。在5 mA/cm~2电流密度下,经5000次充放电循环后IrO_2涂覆载量为2.5 mg/cm~2电极比电容仍能保持97.8%。该种复合电极材料因其独特的元素组成和良好的赝电容性能,是一种理想的超级电容器电极材料。     

用于超级电容器电极材料的MoS2/CoS2二元复合材料

采用"一步水热法"合成了不同原料配比的MoS2/CoS2二元复合材料,并研究了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。研究结果显示,当原料中Mo:Co (摩尔比)=2:1时,该复合材料具有最优的循环稳定性能和最高的比电容,在2 mV/s扫描速度下,比电容为549 F/g;或1A/g电流密度下,比电容为434 F/g。微观结构分析表明,该复合材料主要由八面体形状的CoS2和花状的MoS2组成。综合分析可知,优异的电化学性能主要归因于2种组元材料的协同效应、大的比表面积以及可调控的组分含量等因素。     

电泳沉积耦合电化学还原法制备柔性石墨烯自支撑薄膜电极超级电容器(英文)

通过电泳沉积和电化学还原相耦合的方法制备柔性的石墨烯自支撑薄膜电极。首先,通过电沉积的方法在石墨基底上制备氧化石墨烯薄膜,然后通过对氧化石墨烯薄膜进行电化学还原,得到电容性能优异的石墨烯薄膜电极材料。通过SEM、XRD、FT-IR和电化学测试对石墨烯的表面形貌、结构和电容性能进行表征。结果表明:制备的石墨烯电容性能良好,在1 mol/L的硫酸电解液中,循环伏安扫速为10 mV/s时,比电容为254 F/g;当电流密度为83.3 A/g时,比电容能保持在132 F/g;最大功率密度可达39.1 kW/kg,能量密度为11.8 W·h/kg;充放电循环1000次后,电容能保持97.02%,表明该石墨烯薄膜电极材料具有优异的循环稳定性能。     

水热温度对MnO_2纳米线结构和电容性能的影响

以KMn O4和Mn SO4为原料,采用水热法合成超级电容器电极材料纳米MnO_2,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积测试、循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗等方法测试MnO_2的结构和电容性能。结果表明,采用水热法可以合成直径为10~90 nm,长度为1~3 cm的α-MnO_2纳米线;水热温度对MnO_2纳米线的晶粒和形貌影响显著,但不改变MnO_2的晶型;随水热温度升高,MnO_2纳米线的晶粒逐渐长大,同时变长变粗,导致比表面逐渐降低;MnO_2纳米线的比电容随水热温度升高呈先增大后减小,当水热温度为140℃时比电容最大,为227 F/g,同时表现出良好的倍率性能。     

掺Cr改性MnO2的制备及其电化学性能

采用低温固相氧化还原反应法制备出掺Cr的纳米MnO2.通过X射线衍射仪对其结构进行表征,结果表明:所得样品为α-MnO2和γ-MnO2的混合晶相,以纳米MnO2作为超级电容器的电极材料的单电极活性物质测得其比电容为95 F/g,掺入Cr的电极材料其比电容最大可达到163 F/g.循环伏安和恒流充放电测试结果表明,化学掺杂的配比对MnO2电化学性能的影响较大.当Mn与Cr的摩尔比为100:1时,材料具有较好的放电性能,其放电容量可提高70%.表明化学掺杂Cr有利于提高MnO2电极的电化学性能.