3V、千法级超大容量电容器研究

超大容量电容器亦称双电层电容器,具有比传统电容器高得多的能量密度和比电池高得多的功率密度。采用活性炭作电极活性物质,得到单体比容量为52F·g-1,并通过并联、串联组装出了电压为3V、容量为1000F左右的超大容量电容器,经过测试得其等效串联内阻(ESR)为56mΩ,等效漏电电阻约为170Ω,漏电电流为15mA。测试了双电层电容器的充放电性能、负载性能、漏电特性等,并对双电层电容器充放电和漏电过程进行了讨论。     

双电层电容器用煤基活性炭的制备与电化学性能表征

以河南永城无烟煤为原料、KOH为活化剂制备了高比表面积的煤基活性炭,采用低温N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容及孔径分布进行了表征,并对其用作双电层电容器电极材料的电化学性能进行了系统测试.在KOH与煤的质量比为4:1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下制备出的活性炭其比表面积高达3224m~2/g,总孔容达1.76cm~3/g,中孔率为57.95%.该活性炭电极在3mol/L KOH电解液中的比电容高达324F/g,且具有良好的循环性能,当电流密度为40mA/g时,经1000次循环后,比电容保持率超过92%,且其漏电流很小.     

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。     

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。     

以预锂化多壁碳纳米管为负极的锂离子电容器性能

采用内部短路方式对多壁碳纳米管负极进行不同程度的预嵌锂处理,预嵌锂时间为5,30,60min,以预嵌锂多壁碳纳米管极片作为负极,活性炭极片作为正极,组装成锂离子电容器。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对多壁碳纳米管及电极极片进行表征分析,采用恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究预嵌锂多壁碳纳米管负极和未预嵌锂处理多壁碳纳米管负极锂离子电容器的性能。电化学测试结果表明,多壁碳纳米管负极预嵌锂大幅提高了电容器充放电性能,对比未嵌锂多壁碳纳米管电容器,在相同的电流密度下(100mA/g),能量密度提高400%。预嵌锂60min,电流密度100mA/g时,其比容量达到57F/g。在电流密度为100～3200mA/g范围内,其最高能量密度与功率密度分别达到90Wh/kg,4130W/kg。1000次充放电循环后,容量保持率维持在85%以上,表现出良好的超级电容器性能。     

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.     

插入型化合物作为超级电容器电极材料

制备了LiMn2O4、LiCoO2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2,并将其与活性炭按一定比例混合的复合物作为超级电容器的正极材料,采用X射线衍射、交流阻抗、循环伏安、恒流充放电等测试方法对电极材料和电容器的性能进行了测试.结果表明,当LiMn2O4或LiCoO2含量为50%时,二者与活性炭之间存在良好的协同作用,具有双电层电容和氧化还原准电容,电容器比容量可达到40.52F/g,电压可达到3V,电容性能优于单纯的活性炭或离子插入型化合物.     

KOH活化法制备双电层电容器用高性能活性炭

以一种各向同性沥青为原料,通过不同恒温时间制备了具有不同软化点的两种中间相沥青,而后直接用KOH活化获得活性炭.考察了中间相沥青软化点对所得活性炭结构的影响,研究了以所制活性炭为电极材料的双电层电容器的性能.结果表明:两种中间相沥青的软化点分别为280℃和330℃,所得活性炭的比表面积分别为1337m2·g-1和1300m2·g-1.以两种活性炭为电极材料的双电层电容器在放电电流密度为50mA/g时的比容量分别为190.8F·g-1和255.6F·g-1.循环伏安测试表明:较低软化点中间相沥青制备的活性炭电极材料具有较好的矩形形状.     

KOH活化法制备双电层电容器用高性能活性炭（英文）

以一种各向同性沥青为原料,通过不同恒温时间制备了具有不同软化点的两种中间相沥青,而后直接用KOH活化获得活性炭。考察了中间相沥青软化点对所得活性炭结构的影响,研究了以所制活性炭为电极材料的双电层电容器的性能。结果表明:两种中间相沥青的软化点分别为280℃和330℃,所得活性炭的比表面积分别为1337m2·g-1和1300m2·g-1。以两种活性炭为电极材料的双电层电容器在放电电流密度为50mA/g时的比容量分别为190.8F·g-1和255.6F·g-1。循环伏安测试表明:较低软化点中间相沥青制备的活性炭电极材料具有较好的矩形形状。     

聚苯胺电容器在水系电解液中的性能研究

采用化学氧化聚合制备了十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的导电聚苯胺(PANI)材料,采用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗技术研究了以其作为电极材料的超级电容器在中性、酸性和碱性水系电解液中的性能.结果表明:电流密度为6mA/cm2时聚苯胺电容器在酸性电解液(1mol/LH2SO4)中容量高达108.4F/g、循环性能好,在中性电解液中性能稍差.     

MnO2的机械化学法制备及其性能

采用机械化学法制备了MnO2粉体,研究了不同高锰酸钾与乙酸锰配比对产物结构与性能的影响.用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜、BET等方法研究了产物的结构及形貌;用恒电流充放电方法考察了MnO2超级电容器在6 mol/L KOH电解液中的电容性能.结果表明,原料中乙酸锰含量增多,产物结晶度增大,颗粒粒径变小,但电极比电容却从504F/g减小到388 F/g;当高锰酸钾:乙酸锰摩尔配比为2:2和2:3时,所得产物超级电容器在200 mA/g电流,0～1 V范围,电极放电容量分别达到了504 F/g和516 F/g.放电过程中,MnO2超级电容器在不同电压范围表现出不同的电容特性:在1～0.67 V和0.4～0 V范围内主要为双电层电容,在0.67～0.4 V范围内主要是法拉第假电容.     

紫光对多晶掺锰铁酸铋薄膜铁电和电输运性质的影响

采用溶胶-凝胶的方法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(001)基片上制备了5％Mn掺杂的BiFeO3(BFMO)薄膜,并构建了Pt/BFMO/Pt对称型电容器,研究了紫光对多晶BFMO薄膜铁电性及J-V特性的影响.实验发现,在紫光的照射下,薄膜的电导增大,这是由于紫光入射在BFMO薄膜上,产生了光生我流子.当外加电压为5V时,漏电流密度由9.1mA/cm2增大到16.3mA/cm2.Pt和BFMO的接触满足金属-半导体理论中的欧姆接触,并且光的存在并没有改变Pt/BFMO/Pt电容器的漏电流机制.当光入射到薄膜表面,样品的剩余极化强度增大,由无光时的91.7μC/cm2增大到光照时的99.9μC/cm2.     

高性能活性炭电极材料在双电层电容器中的应用

以椰壳为原料，ZnCl2为活化剂，用同步物理-化学活化法制备活性炭。所得的炭样品用氮吸附法表征，并根据77K时的吸附-脱附等温线计算了它们的比表面和孔结构参数。用恒流充放电和循环伏安法研究了由活性炭电极与KOH电解质构成的双电层电容器的性能。结果显示，在5mA时放电，活性炭比电容最高达到360F／g：在大电流50mA时，比容量仍超过200F／g。同时分析研究了炭材料比表面积和孔径对电化学性能的影响，发现比表面积与比电容关联性不明显；而孔径大小对炭材料的比电容影响很大。在小电流放电时，中孔炭表面对比电容的贡献明显大于微孔炭表面；随着放电电流的增加，由中孔炭表面构成的双电层电容下降显著，而微孔炭表面的双电层电容下降幅度较小。在大电流放电时，孔径在1．5nm-2nm的较大微孔对储存电能起主要作用。     

LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的合成及电化学性能研究

通过固相自引发基团置换反应——流变相法制备出层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,研究了不同烧结温度对材料的结构特性、微观形貌以及电化学性能的影响。结果表明,850℃煅烧20h的样品具有最佳的二维层状结构和阳离子有序度,产物颗粒呈球形,分布均匀,平均粒径约250nm。在2.8～4.3V区间,以80mA/g充放电,首次放电比容量为169mAh/g,30次循环后容量保持率为82.6%。将充电截止电压提高至4.4V,材料的前几次放电容量明显提高,以32mA/g充放电,10次循环后的放电比容量为174mAh/g,其后容量衰减加快,循环稳定性变差。     

三元层状正极材料的制备与电化学性能研究

采用机械活化-高温固相法制备了锂离子电池正极材料LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2,研究了烧结时间与球磨时间对合成产物结构与性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征。研究结果表明,优化实验条件下制得的材料具有良好的循环性能,在2.7～4.6V电压范围内,充放电电流值为20mA/g时,初始放电比容量为210.76mAh/g,30次循环后容量保持率为91.98%。     

热解温度对锂离子电池Si/C复合负极材料性能的影响

以酚醛树脂为碳源,采用球磨-热解工艺制备了一系列Si/C复合负极材料,通过XRD、SEM、恒流充放电等测试方法,研究了热解温度对复合材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明,前驱物经不同的热分解温度得到的复合负极材料,其衍射峰基本与原料硅和石墨的衍射峰相符。随着热分解温度的升高,硅颗粒的分散性得到改善,并与石墨及无定形碳层交错起来形成微孔结构,直接对复合材料的电化学性能产生较大的影响。当热分解温度为1000℃时,合成的Si/C复合负极材料综合电化学性能较好,首次充放电效率可以达到73.1%,以100mA/g放电,循环100周后容量保持率为89.7%,以200mA/g放电,循环100周后容量保持率仍可以达到87.8%。     

中空核壳结构α-MoO3-SnO2复合电极可控制备及储锂性能研究

采用醇热技术可控制备了中空核壳结构α-MoO₃-SnO₂二次锂离子电池复合负极材料。通过XRD、SEM、TEM、CV和恒流充放电等测试手段对材料结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明: 构建的多元金属氧化物既具有电化学活性成分, 又含有骨架支撑部分, 独特的中空结构有效地缩短了电子和锂离子传输路径。电化学测试表明: 该材料在电流密度50 mA/g时循环100次后放电比容量仍高达865 mAh/g。在电流密度为1000 mA/g时循环100次后放电比容量仍达到545 mAh/g, 表现出优异的循环性能和倍率性能。该合成方法简单、成本低, 产量高, 可为制备其它中空核壳结构先进功能材料提供借鉴。     

用碳气凝胶作电极材料制作双电层电容器

双电层电容器具有极大的电容量和优良的充放电性能，这种新型储能器件有着广泛的应用前景。用微结构可控的纳米多孔导电材料碳气胶作为电极制作的双电层电容器的比电容达２５Ｆ／ｇ，其内阻在１Ω以下，漏电流小于１ｍＡ。     

钽电容器用钽壳内壁RuO_2薄膜电极的表征及电化学性能

采用涂覆热分解氯化钌的方法,在金属钽壳内壁表面形成二氧化钌薄膜涂层,作为钽电容器的负极材料,可以提高全钽电容器的寿命及可靠性.采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对二氧化钌薄膜的表面形貌和结构进行表征.采用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗谱等测试手段来表征二氧化钌薄膜电极的电化学性能.研究结果表明,热处理温度为280℃时制备的二氧化钌薄膜呈无定形的非晶态,薄膜电极具有212F/g的电容量,电化学性能良好.组装成ST3型60V330μF全钽电容器,经过赋能、电老化后容量约为345μF,等效串联电阻小于1Ω,漏电流小于10μA.     

基于高比容钽粉的聚合物片式电容器制备工艺研究

针对比容为50000～70000μF.V/g的较高比容钽粉,研究了导电聚合物聚3,4-乙烯基二氧噻吩(PE-DOT)作为阴极材料的有机片式固体钽电解电容器的制备工艺,通过调整阳极体制备及阴极被覆工艺等参数实现了PEDOT在高比容钽块表面的有效被覆,获得了各项性能参数良好的聚合物片式钽电解电容器。重点研究了压制密度、形成电流密度等参数及分段被膜工艺对聚合物片式固体钽电容器容量引出、等效串联电阻、漏电流等性能的影响,并讨论了相应的电容器工作机理。