α-Fe2O3/炭纳米纤维电极材料的制备及其电化学性能分析

采用电沉积技术将α-Fe₂O₃均匀负载在静电纺丝炭纳米纤维上，制备α-Fe₂O₃/炭纳米纤维复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及物理吸附对复合材料进行形貌和结构分析，并通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗技术考察其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明：α-Fe₂O₃/炭纳米纤维(α-Fe₂O₃/CNF-3)复合材料相比单纯炭纳米纤维(CNF)有着更丰富的介孔结构，有利于离子和电子的低电阻传输。同时，α-Fe₂O₃/CNF-3复合电极材料结合了双电层电容和赝电容的优良性能，在电流密度为1A/g下，电解液为6mol/L KOH时，其比电容值可达330.1F/g,是炭纳米纤维电极的3.76倍，并且经过8000次循环后仍能保持91.45%,具有较好的稳定性。     

静电纺丝法制备壳聚糖/聚乙烯醇基复合碳纳米纤维及其电化学性能

本工作观察并研究了不同碳化温度下制备的静电纺丝壳聚糖/聚乙烯醇基复合碳纳米纤维膜用作超级电容器电极材料时的电化学性能。通过SEM、XRD、Raman等技术对不同碳化温度得到的碳纳米纤维膜进行结构表征,利用循环伏安法(CV)和恒电流充电/放电(GCD)等电化学技术对不同碳化温度得到的碳纳米纤维膜进行电化学性能测试。结果表明,碳化温度为700℃时所制备的复合碳纳米纤维具有较好的电化学性能,在电流密度为1 A/g时放电比电容高达215 F/g,且循环4 000次后容量保持率几乎高达100%,表现出较高的放电比电容和较好的循环稳定性。     

Co3O4/碳复合超级电容器材料的研究进展

Co₃O₄作为超级电容器材料，因具有理论比容量高、价格成本低、无毒环保、储量丰富等优点而备受关注，但制备出电化学性能优异的Co₃O₄超级电容器材料仍是个巨大的挑战。通过与导电性突出的碳材料复合，增加了电子/离子的传输速度，提高了Co₃O₄超级电容器材料电化学性能。综述了Co₃O₄/碳复合超级电容器材料的合成方法，归纳了各个方法的优缺点，分析了影响Co₃O₄/碳复合超级电容器电化学性能的因素，最后，指出了Co₃O₄/碳复合超级电极材料所面临的问题和发展前景。     

生物质衍生碳/MnO2复合材料在超级电容器中的应用进展

超级电容器具有充放电速度快、能量密度高、循环稳定性好等优点，而电极材料决定超级电容器的电化学性能。可再生生物质经过高温炭化可制备不同微观结构的碳材料，然而，这些碳材料存在比容量低的缺点；MnO₂具有高理论比电容，缺点是循环稳定差。生物质衍生碳与MnO₂复合可以实现两者优势互补。首先介绍了生物质衍生碳/MnO₂复合材料的制备方法，包括化学法、水热法和电沉积法。然后，按照不同生物质衍生碳的微观结构进行分类，综述了多孔碳/MnO₂、碳球/MnO₂、碳纤维管/MnO₂、碳纳米片/MnO₂和三维碳/MnO₂复合材料的制备及在超级电容器中的应用性能。最后，总结了综合性能最优的生物质衍生碳/MnO₂复合材料，并针对该领域存在的问题提出了其未来发展方向。     

多孔纳米碳纤维的制备及其在超级电容器中的应用研究

利用溶胶凝胶燃烧法制备了碱金属氧化物掺杂的铜催化剂,并使用这种催化剂在不同的温度、掺杂比例下通过热CVD法合成出了具有多孔分叉结构的纳米碳纤维.通过TEM、HRTEM、BET和激光拉曼光谱等手段对产物进行表征,显示这种纳米碳纤维的比表面积可高达1162m2/g,远高于普通的碳电极材料,并且具有非常丰富的中孔结构,克服了常规碳纳米纤维在应用中表现出的相对有效利用面积不大,比电容不高等缺陷,具备做电极材料的潜力.在将其应用于超级电容器电极材料后,利用二次电池测试仪及电化学工作站对其进行了循环伏安曲线及恒流充放电曲线的测试,结果显示这种纳米碳纤维具有良好的电化学电容行为,电极的可逆性良好,并且比电容值高达203F/g.这些发现将有助于碳纳米材料可控制备的研究,并且提供了一种有一定应用潜力的超级电容器电极材料.     

石墨烯/MnO2纳米片复合薄膜的制备及其超级电容性能研究

采用两步界面组装法制备石墨烯/MnO₂纳米片(GMTF)三维复合薄膜电极，研究了复合薄膜的电化学性能。结果表明，MnO₂的赝电容和石墨烯的双电层电容相互协调，使得GMTF复合薄膜材料比单一的MnO₂纳米片或者石墨烯材料具有更佳的电化学性能。在三电极体系中，GMTF电极的比电容在5mV/s时达156.54mF/cm²,远高于石墨烯(40.24mF/cm²)和MnO₂纳米片(69.03mF/cm²)。此外，在两电极体系中，基于GMTF复合薄膜的固态超级电容器也显示出较高的面积比电容(120.49mF/cm²)和质量比电容(204.22F/g)、优良的循环性能。在功率密度为39mW/cm³时，能量密度能够达到1.735mWh/cm³。     

胆酸钴凝胶超分子自模板法制备一维纳米α-Co(OH)2及其电化学电容行为

以Co(NO₃)₂•6H₂O和胆酸钠溶液混合制备了超分子自组装凝胶纳米纤维, 以此凝胶纳米纤维为自模板, NH₃•H₂O为沉淀剂, 在温和条件下制备了纳米α-Co(OH)₂。X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)测试表征了其组成和微观结构。实验结果表明所得材料为纯相一维纳米纤维交错形成疏松网状结构的α-Co(OH)₂, 其直径在100~200 nm之间。用循环伏安和恒电流充放电等测试方法对α-Co(OH)₂电化学电容行为进行了研究, 结果表明: 所得α-Co(OH)₂在6 mol/L KOH溶液中, 0~0.5 V(vs Hg/HgO)电位范围内, 电流密度为1 A/g时, 其单电极比容量达到1200 F/g, 经过800周循环, 比容量稳定保持在初始容量的75%。其独特的纳米结构使其易于浸入电解液, 具有快速的电化学响应特性, 提高了电极材料的有效利用率, 这种自模板法为制备纳米电容器电极材料提供了简易的途径。     

用于超级电容器的还原氧化石墨烯/NixMn1-x/2O2复合材料的电化学性能

MnO₂为有前景的超级电容器正极材料,具有较高的理论比电容及良好的循环稳定性,但电子电导性不佳限制了其应用。采用一步水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO）/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料。通过XRD、SEM、TEM、FTIR、电化学分析等手段对制备的RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂物相组成、微观形貌和电化学性能进行了表征和分析。电化学测试结果表明：Ni元素的引入提高了MnO₂的电容性能,以水热法制备的MnO₂的比电容为66 F/g （扫描速度10 mV/s）,而Ni元素掺杂量x=0.02时,Ni_0.02Mn_0.99O₂比电容为111 F/g;材料中引入RGO后,RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料电容性能进一步提高,加入2wt%的RGO时,RGO/Ni_0.02Mn_0.99O₂的比电容为136 F/g。RGO的引入提高了活性材料的电子迁移速率,Ni元素的掺杂造成了MnO₂晶格中存在适量的点缺陷,提高了其导电性。以RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂为正极的超级电容器可同时具备双电层电容器和赝电容器的优点,以Ni掺杂MnO₂和RGO的负载协同提高了该复合材料电化学性能。     

高比表面积生物质多孔碳的制备及其电化学性能

以玉米秸秆为碳源(CS),经Na₂CO₃溶液浸泡预处理后，采用KOH活化，制备了多孔生物质碳材料(CS-ACs)。通过形貌、结构表征及电化学性能测试，发现生物质碳材料CS-AC-3具备多级孔道结构，比表面积可达3299m²/g。三电极体系下，该材料在6mol/L NaOH和0.5mol/L Na₂SO₄电解液中，1A/g电流密度下，比电容分别为272F/g、220F/g,循环5000圈后(5A/g),其容量保持率为89%和80%;二电极体系中，以该材料组装的CS-AC-3//CS-AC-3对称电容器具有1.4V的宽电压窗口和较好的电容特性。作为一种可再生廉价碳材料，CS-ACs在实际应用中有好的应用前景。     

α-MnO2@氮掺杂TiO2/碳纸多孔结构构筑高性能超级电容器

MnO₂由于价格低廉、资源丰富、理论比电容高和环境友好等优点而成为理想的超级电容器电极材料。然而，如何通过成本低的合成方法获得高负载量和高性能的MnO₂电极材料，仍是一项重大的挑战。因此，通过晶种辅助水热合成及氮化处理，在预处理碳纤维纸（CFP）表面生长了氮掺杂TiO₂（N-TiO₂）纳米棒阵列，然后再通过水热合成在N-TiO₂上生长了新颖的纳米带缠绕纳米花分级混合结构的α-MnO₂（α-MnO₂@NTiO₂/CFP）。这种分级多孔纳米带缠绕纳米花及纳米棒阵列混合结构能够提供合适的几何空间和电子结构，有助于抑制高质量负载下的活性物质堆积，提高了电极材料的比电容。在α-MnO₂负载量高达20.9 mg·cm^-2的情况下，该电极材料在电流密度为1 mA·cm^-2时的面积比容量高达3.0 F·cm^-2，且循环5 000次后无电容衰减...     

MnO2/SMWCNT/PANI三元复合材料的合成及其电化学电容性能

用液相沉淀法制备了二氧化锰/酸化多壁碳纳米管(MnO₂/SMWCNT)和二氧化锰/酸化多壁碳纳米管/聚苯胺(MnO₂/SMWCNT/PANI)电极材料。通过循环伏安、恒电流充放电等方法测试了样品的电化学性能。结果表明, 当MnO₂:SMWCNT:PANI的质量比为1:1:0.4时,它的电化学性能最好, 在0.1 A/g电流密度下的比电容为318.6 F/g, 氧化电流为6.02 A/g, 循环100次后电流保持率保持在92.7%。     

棉花基多孔碳材料的合成、微结构及超电性能研究

由于制备方法简单并且原料易得, 多孔碳合成广泛采用生物质材料, 并用于能源存储。以天然生物质棉花作为碳源, 通过简单的一步法制备得到氮掺杂多孔碳材料。这种多孔碳材料在碳化温度为750℃时具有480 m²/g的比表面积和6.84%的高含氮量。当用作超级电容器电极材料时, 这种碳材料显示出了良好的电容性能。在1 mol/L硫酸电解液中, 电流密度为1 mol/L时, 比电容可以达到252 F/g, 并且在循环10000圈之后仍能保留94%的原电容。这种低成本的棉花基碳材料为超级电容器应用提供了可能。     

Comparative study of Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2 cathode material synthesized via different synthetic routes for asymmetric electrochemical capacitor applications

Layered Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂ cathode materials were synthesized by different synthesis routes using carbonate and hydroxide co-precipitation methods. Physical properties of the prepared Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂ varied depending on the synthesis method employed. These materials were applied as a positive electrode to an asymmetric electrochemical capacitor with activated carbon as the negative electrode and the electrochemical properties of the capacitor were studied. Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂ prepared by the carbonate co-precipitation exhibited higher capacitance and better rate capability with stable cycling retention over 500 cycles than Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂ prepared by the hydroxide co-precipitation. The asymmetric electrochemical capacitor (AEC) cell (AC/Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂) had a voltage slope from 0.2 to 2.2 V and delivered a capacity of 60 F g⁻¹ with a capacity retention of 88.4% during 500 cycles based on the overall active materials weight. The leakage current was largely decreased for the asymmetric electrochemical capacitor and the maintained voltage was 84.4% during 3 days.     

共聚炭化法制备多孔炭材料及其电容性能研究

采用酚醛树脂(PF)为热稳定聚合物, 端环氧基的聚合物(QS)为热不稳定聚合物, 利用聚合物共聚炭化法制备多孔炭。经红外光谱分析及热重分析证实, 在酚醛树脂与QS的共聚固化物中, QS链段上的环氧基与酚醛树脂链段上的酚羟基发生反应生成醚键, QS接枝到酚醛树脂的链段上。BET比表面积、孔结构和电化学性能分析表明: 在共聚固化物PF/QS的炭化过程中, QS的热解逸出能起到造孔作用, 并随着QS用量的增加多孔炭的比表面积先增大后减小。QS加入量为15%的多孔炭具有最大的比表面积609.0 m²/g、总孔容0.28 cm³/g和微孔孔容0.22 cm³/g, 与聚合物共混炭化法相比, 在相同热不稳定聚合物加入量条件下, 多孔炭的比表面积和孔容都有所提高。该多孔炭电极在30wt% KOH电解液中的比电容达177.5 F/g, 具有良好的电容特性。     

四氧化三钴阵列材料的制备及电化学性质研究

以酸化后的高导电柔性碳布为基底,通过电化学沉积及辅助热处理技术在碳布表面均匀地生长了规整排列的四氧化三钴(Co₃O₄)纳米片材料,纳米片厚度约为15nm,片层之间相互交织,形成三维网络多孔结构。这种独特的结构不仅增加了Co₃O₄纳米材料的有效利用率,而且缩短了电解质离子的传输通道,加速了其倍率性能。期待该材料成为组装高性能柔性电容器器件的备选电极材料。     

近球状钼酸镍/多壁碳纳米管复合材料的制备及其赝电容性能

以硝酸镍、钼酸钠和多壁碳纳米管为原料, 通过水热反应法制备了钼酸镍/多壁碳纳米管(NiMoO₄/MWCNTs)复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线能谱和X射线衍射对材料组成和形貌进行表征。结果表明: MWCNTs 很好地包覆在球状NiMoO₄外表面, 且各元素均匀地分布在材料中。循环伏安和电化学阻抗实验证实MWCNTs显著增强了NiMoO₄的氧化还原信号和电荷转移动力学特性。电容测试实验进一步表明, 复合材料较NiMoO₄单一材料具有更高的比电容、倍率特性及循环稳定性, 且当MWCNT含量为40 mg时, 所得产物(NiMoO₄/MWCNTs-40)具有最佳的电化学性能。电流密度为2 A/g时, NiMoO₄/MWCNTs-40复合材料的比电容高达1071 F/g; 当电流密度增大到10 A/g时, 比电容仍能保持原来的66.10%。在10 A/g的电流密度下, 经过2500次循环充放电后, NiMoO₄/ MWCNTs-40复合材料的比电容保持率高达95.85%, 表明该材料具有出色的循环稳定性。     

Improvement in electrochemical capacitance of activated carbon from scrap tires by nitric acid treatment

Activated carbon （AC） obtained from the industrial pyrolytic tire char is treated by concentrated nitric acid （AC-HNO3） and then used as the electrode material for supercapacitors. Surface properties and electrochemical capacitances of AC and AC- HNO3 are studied. It is found that the morphology and the porous texture for AC and AC- HNO3 have little difference, while the oxygen content increases and functional groups change after the acid treatment. Electrochemical results demonstrate that the AC-HNO3 electrode displays higher specific capacitance, better stability and cycling performance, and lower equivalent series resistance, indicating that AC obtained from the industrial pyrolytic tire char treated by concentrated nitric acid is applicable for supercapacitors.     

水蒸气二氧化碳共活化制备聚苯胺基活性碳在离子液体超级电容器中的应用

通过水蒸气二氧化碳(H 2O(gas)-CO₂)共活化的物理活化方法制备聚苯胺基活性碳被广泛应用于商业活性碳的规模化生产,相比于化学活化方法,该方法制备的活化产物无活化剂残留、清洗简单且工艺过程环保。以聚苯胺为原料,探究了H 2O(gas)的量和CO₂分压对活化产物的影响。采用氮气吸/脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征手段系统研究了活性碳的孔径分布及孔道结构,采用电化学工作站研究了活性碳作为离子液体电容器电极材料的电化学性能。当H 2O(gas)和碳化产物的质量比为4∶1、CO₂分压为0.6时,所制备活性碳的比表面积和孔体积可分别达到2357 m²·g^-1和1.45 cm 3·g^-1。该样品具有丰富的中孔和大孔结构,且中孔比表面积占总比表面积的比率约为40%。采用离子电解液时,该样品作为电容器的电极材料具有较高的容量,在0.1 A·g^-1的电流密度下容量可达到203 F·g^-1,并拥有优异的倍率性能以及良好的循环稳定性,在10000次循环(5 A·g^-1)后具有91%的容量保持率。采用有机电解液时,其在1 A·g^-1的电流密度下容量可达134 F·g^-1,且在10 A·g^-1的大电流密度下容量保持率达100%。该活性碳在离子电解液和有机电解液中均具有的优异电化学性能,可归因于其丰富的中孔和大孔结构极大地减少了离子迁移阻力,从而提升了其倍率性能和在离子电解液中的循环性能。     

Performance of Electric Double Layer Capacitors using Active Carbons Prepared from Petroleum Coke by KOH and Vapor Re-Etching

The electrochemical storage of energy in a special kind of active carbon materials used as capacitor electrodes is considered. Petroleum coke was used for preparation of carbons with different porosities by KOH and vapor etching with catalysis of FeCl3 in turn. Carbon electrodes were fabricated and used as electrodes of double layer capacitors.Nitrogen adsorption was used to characterize the porous structure of the carbons. The electrochemical performance of the capacitors in 6mol/L KOH was investigated with constant current charge and discharge experiments. A specific capacitance larger than 160F/g was achieved with an electrode composed of 75% active carbon with a specific surface area of 1180m^2/g and 20% graphite as conductive agent. Evaluation of capacitor performance was conducted by different techniques, e.g. voltammetry and impedance spectroscopy. Characteristics of the capacitor were also discussed. A hybrid power source consisting of nickel-hydrogen and double layer capacitor was demonstrated by powering successfully a simulated power load encountered in communication equipment.