模板-物理活化法制备高性能中孔炭材料

研究了硅溶胶模板法制备的作为超级电容器电极材料中孔炭的孔结构和电化学性能.中孔炭的平均孔径和比电容随硅溶胶/炭源(葡萄糖)比的增加而增大.提出了一种硅溶胶模板法与CO2物理活化法相结合的模板-物理活化法以提高中孔炭的BET表面积来提高中孔炭的比电容.采用恒流充放电和电化学阻抗谱研究了中孔炭的孔结构与倍率性能的关系,并与商品化微孔活性炭作了比较.结果表明平均孔径较大的中孔炭具有较好的倍率特性.模板-物理活化法制备的中孔炭具有高比电容和良好的倍率特性.     

用EIS研究PEMFC膜电极的活化机理

为使质子交换膜燃料电池的膜电极达到和发挥其最佳性能,对其进行活化是一种有效方法,变流强制活化对提高膜电极的电化学性能比较理想。用电化学阻抗谱(EIS)对膜电极活化过程机理的研究表明,氧电极在活化过程中电化学反应电阻大大降低,氢电极和氧电极的双电层电容均显著增大,活化过程大大增加了膜电极的电极有效面积,有利于膜电极性能的提高。     

MCMB基微晶炭的制备及其电容特性研究

以中间相碳微球(MCMBs)为前驱体，采用预炭化和KOH活化法制备不同结构特征的MCMB基微晶炭；采用X射线衍射技术和N2吸附法对其微晶结构与孔结构进行表征，并采用恒电流充放电的方法研究其电容特性。结果表明，碱炭比的提高有效地增加了MCMB基微晶炭的类石墨微晶层间距、比表面积与孔容，其放电比电容与耐电压特性也随之提升。其中，碱炭比为4∶1制备的微晶炭NMC4的电极在3.5 V工作时，展现出107.1 F/g的高比电容和48.1 Wh/kg的高比能量，并具有大于6.2 kW/kg的比功率和稳定的循环性能。NMC4是一款具备实用化潜力的新型炭电极材料。     

湿法涂布及集流体对超级电容器性能的影响

分别以普通铝箔、腐蚀铝箔和微孔铝箔为集流体,以活性炭材料为电极片活性物质,研究不同的浆料涂布厚度及集流体种类对单体超级电容器内阻、比电容和比能量的影响。用交流阻抗谱、恒流充放电和循环伏安测试等进行电化学性能表征。实验结果表明,电极片的涂布厚度相同时,微孔铝箔的活性物质负载量最大,并且其内阻最小、比电容最大,说明微孔铝箔与活性物质表面的接触更为紧密;而对于同一种集流体,当涂布厚度为90μm时,组装的超级电容器的比电容最大。     

沥青基活性炭制备及其电化学性能研究

选物理性能相近的各向同性沥青和各向异性沥青作为前驱体,在相同条件下进行KOH化学活化制得沥青基活性炭,通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和低温N2吸附研究活性炭的微结构,以此研究前驱体结构的差异对活性炭产品微结构参数的影响,并将其作为电极材料,以1 mol/L(Et)4NBF4作为电解液组装成有机双电层电容器.通过恒流充放电、循环伏安曲线和交流阻抗测试其电化学性能,发现各向同性沥青活化后具有较好的孔结构及较高的比电容(173.9 F/g)、较低的内阻和较好的功率特性.     

Na~+对PEMFC Pt/C气体扩散电极的影响

采用燃料电池半电池体系模拟了质子交换膜燃料电池(PEMFC)中Na+污染气体扩散电极时的工况,研究了Na+对PEMFC常用的Pt/C气体扩散电极性能的影响.通过循环伏安曲线和电化学阻抗谱,测试了电极在Na+污染前后催化层电化学比表面积(ECA)和电极反应界面上的电荷转移电阻发生的变化.实验结果表明,随Na+污染浓度的增大,电极性能逐渐下降;污染后电极催化层电化学活性比表面积出现明显减少,当污染物浓度为10 000X 10-6时,ECA降低了43%;外加相同电位时,随Na+污染的增加,电极反应界面上的电荷转移电阻逐渐增大.Na+的存在对Pt/C气体扩散电极具有明显毒化作用.     

超级电容器碳电极材料的制备及性能

以普通煤焦油沥青为前驱体,KOH为活化剂,采用化学活化法,在500~1 000℃下制备了超级电容器用活性炭电极材料,分析了温度对材料微观结构的影响。通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等方法,分析了不同多孔活性炭在有机电解液中的电化学行为。在500~700℃内,比电容随活化温度的升高而升高,700℃下活化的活性炭的比电容最高;活化温度在700℃以上,活性炭的比电容降低。在700~1 000℃下制备的活性炭,在有机电解液中表现出良好的电化学行为。     

羽毛状Co3O4材料的制备及电化学性能的研究

采用一步水热法和煅烧法制备了Co₃O₄电极材料,通过物相、形貌表征和电化学测试发现,制备的Co₃O₄具有羽毛状二维网络结构,可以增加与电解液的接触面积,增加了活性位点,提高了电化学性能;制备的Co₃O₄电极材料的比电容达到了679.51 F/g,其循环伏安测试曲线以及恒电流充放电测试曲线对称性完美,材料可逆性良好,材料的阻抗较低;在1 A/g电流密度下进行恒电流充放电测试,3 000次循环后,其比电容仍然能保持初始值的79.3%,电化学稳定性良好;Co₃O₄电极材料具有优异的电化学性能,在超级电容器电极应用方面具有广阔的应用前景。     

MnO_2/AMCMB复合电极材料的制备及超电容性能的研究

以KOH活化中间相炭微球(MCMB),通过KOH活化法制备了活性中间相炭微球(AMCMB),并以KMnO_4和MnSO_4为反应原料,用化学沉淀法合成了MnO_2/AMCMB复合材料。采用电子扫描显微镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)对样品的形貌和结构进行表征。通过循环伏安、电化学交流阻抗、恒流充放电等方法研究AMCMB和MnO_2/AMCMB电极在6 mol/L KOH电解液中,0~1 V的电容行为。结果表明:AMCMB成功地复合了MnO_2;AMCMB电极放电比电容为155.52 F/g,MnO_2/AMCMB复合电极首次放电比电容增大至198.36 F/g。     

碳刷和碳布阳极微生物燃料电池产电特性研究

分别以碳刷和碳布作为微生物燃料电池的阳极材料,研究了两种电极材料对于电池启动过程、电极上附着的生物量、生物膜的电化学活性、阳极阻抗以及电池性能的影响。结果表明,采用碳刷为阳极材料的微生物燃料电池启动更快,电极上附着的生物量更多,生物膜的电化学活性也更高,阳极阻抗更低,这也导致了其最大体积比功率[(28.1±2.3)W/m3]高于采用碳布为阳极材料电池的最大体积比功率[(17.6±1.8)W/m3],是其1.6倍。     

聚苯胺/碳复合材料在混合型电容器中的应用

采用原位聚合法制备了聚苯胺/活性炭复合材料(PANI/C),复合材料中聚苯胺的质量分数为46.4%.以1 mol/LH2SO4溶液为电解液,Nafion 117质子交换膜为隔膜,分别采用复合材料电极和活性炭电极为正负极组装了混合型电容器,并用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试等方法考察了电容的性能.结果表明,该混合型电容器在0～1.35 V电势范围内电容性能良好.3.0 mA/cm2电流密度下,电容器比容量为83.1 F/g,比活性炭电容器提高82%,电容器的比能量可达21.0 Wh/kg,是活性炭电容器的3倍以上.1 000次充放电循环后,电容器比容量保持在初始比容量的89.1%.     

掺杂活性炭的制备及其电化学性能

利用聚苯胺(PANI)为原料,经炭化、水蒸气活化制备了一种氮氧原子掺杂的活性炭。利用扫描电子显微镜(SEM)观察材料的表面形貌;通过X射线光电子能谱(XPS)和Brunauer-Emmett-Teller法(BET)研究材料的表面化学状态和比表面积;采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试手段表征其电化学性能。研究表明:经活化后、氮氧原子的含量增加、材料获得了良好的电化学性能。比电容达到220 F/g,并且在5 A/g的电流密度下循环10 000次后,容量几乎没有衰减,表明该材料具有良好的循环稳定性,是一种具有应用前景的超级电容器材料。     

电解液对棉秆基活性炭超级电容器性能的影响

以棉秆基活性炭为超级电容器电极材料,1 mol/L的Et4NBF4/AN和1 mol/LLiPF6/（EC＋DMC＋DEC）为电解液,组装成模拟纽扣式超级电容器,采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗对其电化学性能进行测试,研究不同电解液对棉秆基活性炭电极电容器性能的影响.结果表明,棉秆基活性炭电极材料在Et4 NBF4/AN有机电解液中电化学性能优于其在LiPF6/（EC＋DMC＋DEC）电解液中,在2 A/g的电流密度下,放电比容量高达98 F/g,循环1000次后,容量没衰减.     

超级电容器水系中性电解液的研究

采用商用超级电容器活性炭,制备了双电层电容器,用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等表征方法研究了活性炭电极在不同中性电解液中的电化学性能。结果表明：活性炭的比电容依KOH、氯化物、硫酸盐、硝酸盐溶液顺序递减,依铵盐、钠盐、钾盐顺序递增;循环性能氯化物和硝酸盐溶液中较差,硫酸盐和KOH溶液中较好,硝酸盐不适合做超级电容器电解质,而（NH4）2SO4和KCl有望成为优良的电解质。     

活性炭在不对称超级电容器中的电化学行为

主要研究活性炭(AC)作为不对称超级电容器的负极在低电位下的电化学行为.通过循环伏安实验,探讨了有机电解液中活性炭电极在低电位下可能发生的电化学反应,指出了活性炭应用于不对称超级电容器中的电位变化区间在4～0.8 V(vs.Li /Li).当活性炭负极电位低于0.8 V时,因为Li 的还原使活性炭比电容下降;通过恒流充放电实验,计算了活性炭电极在不同电位范围内的电容器性能参数,活性炭负极充电截止电位在0.8 V时,比电容达到117.8 F/g,不对称超级电容器的比能量达到55.2 Wh/kg,同时库仑效率达到92.8%.     

超级电容器用复合炭极板电极的电化学性能

用高比表面积活性炭作为原料,酚醛树脂为粘结剂,在高温下粘结成型制备系列超级电容器用固体活性炭极板。采用直流恒流循环法和低温N2吸附对超级电容器电极进行充放电和孔结构分布测试,考察其电化学性能和结构的关系。实验发现,在不同组成的成型活性炭电极中,微孔活性炭含量大,则比电容高,炭化时温度高于800 ℃复合活性炭电极比电容下降。成型活性炭炭化后比表面积降低,微孔孔结构分布变宽,孔容在2~3 nm左右的分布明显加宽。     

超级电容器用葛根基活性炭的制备及性能研究

以葛根为原料,通过K2CO3/KOH混合碱活化方法制备了高比表面积电极材料活性炭,采用氮气吸-脱附、X射线衍射光谱法(XRD)、恒流充放电以及循环伏安法考察活性炭样品的表面性质、孔结构以及电化学性能,进一步考察了碱活化浓度、活化温度对活性炭的比表面积、孔结构和电化学性能影响。结果表明:活性炭的最佳碱炭比为3∶1,活化温度为800℃,比表面积最高达2700 m2/g,在6 mol/L的KOH电解液中,超级电容器法拉第比电容为325 F/g,具有很好的电化学性能。     

高比表面积电极有机双电层电容器性能

采用高比表面积椰壳基活性炭作电极材料,分别以1 mol/L(Et)4NBF4/PC、1 mol/L LiPF6/(PC DMC EMC)、1mol/L LiPF6/(EC DMC EMC)和1 mol/L LiClO4/PC作为电解液,组装成有机体系双电层电容器.采用恒流充放电法、循环伏安法和交流阻抗法进行测试,考察采用同种电极材料情况下,各种有机电容器的电化学性能,在不同充电电压下均以1 mol/L LiClO4/PC为电解液时得到最高比电容值(2.5 V时高达 123.5 F/g),1 mol/L(Et)4NBF4/PC的比电容值也比较理想(2.5 V时为104 F/g),且其内阻最小,功率特性最佳.综合分析得知,以1 mol/L LiClO4/PC为电解液的双电层电容器综合性能最佳,且此电解液价格较1 mol/L(Et)4NBF4/PC低廉.