水热组装法制备碳纳米管网状支撑氮掺杂多孔碳材料及其储能特性研究

采用水热组装法制备了碳纳米管/氮掺杂多孔碳复合电极材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、N2吸附-脱附(BET)和X射线光电子能谱(XPS)表征了复合材料的微观形貌和结构;并采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗谱测试了复合材料的储能特性。结果表明,水热组装法成功地合成了具有高比表面积(1 039m~2/g)的碳纳米管/氮掺杂多孔碳复合材料。并且该复合材料表现出优异的储能特性,在1A/g下,其比电容高达261F/g,远远高于氮掺杂多孔碳(214F/g)和碳纳米管(109F/g)的比电容;在功率密度为10 500 W/kg下其能量密度仍为53.75 Wh/kg。     

聚3，4-乙烯二氧噻吩/纳米多孔金复合电极的制备及其在超级电容器中的应用

通过一步法将单体3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)电化学聚合到具有高导电率和大比表面积的纳米多孔金(NPG)上,成功制备了具有完美核壳结构的聚3,4-乙烯二氧噻吩/纳米多孔金（PEDOT/NPG）复合电极材料。通过SEM、TEM、Raman和X射线能谱仪对复合电极材料的形貌、微观结构、振动特性和元素组成进行了分析和表征。使用电化学工作站对其电化学性能进行了系统的研究。在三电极体系中,PEDOT/NPG复合电极材料在3 A/g的低电流密度下,质量比电容可以达到555 F/g,其能量密度和功率密度分别为177.58 W·h/kg和1.73 kW/kg。同时该电极材料经过2 000次循环伏安测试后仍然可以保持最大电容的91.5%,电化学性能优异。      

高性能CoAl-LDH六边形纳米片超级电容器电极材料的制备

采用简单的共沉淀法,制备了分散性良好且尺寸均一的钴铝层状双金属氢氧化物(CoAl-LDH)六边形纳米片电极材料,其尺寸约为2μm。三电极体系电化学测试结果表明,在电流密度为1A/g时,CoAl-LDH纳米片电极材料的质量比电容为723F/g,电流密度增加至20A/g时,电容保持率高达72%。CoAl-LDH纳米片电极材料有望成为组装高性能超级电容器的可选电极材料。     

酒糟纤维素碳气凝胶的制备及在超级电容器中的 应用

电极材料是决定超级电容器性能的主要因素,因此,合成具备特定形貌、组成以及性能优异的电极材料是构建高性能超级电容器的关键。从酒糟中提取植物纤维素,再通过冷冻干燥和热碳化处理,制备具有乱层石墨结构的纤维素碳气凝胶功能材料,并将其应用于超级电容器。研究结果表明,最优碳化温度700 ℃下制备的纤维素碳气凝胶作为电极材料,在浓度为6 mol/L的 KOH溶液和1 A/g的电流密度下,其比电容为183.5 F/g;而且该电极材料在20 A/g高电流密度下,仍保持90.0 F/g的比电容,展现出优异的倍率性能。交流阻抗拟合结果表明,CA-700组装的超级电容器界面传质电阻和扩散电阻分别为0.2829 Ω和5.7210 Ω;CA-700展现出较低的传质、扩散阻力和优异的电化学储能特性。     

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。     

氮/氧共掺杂多孔碳纳米带的可控制备及储能特性

采用模板聚合同步活化法可控制备了氮/氧共掺杂的多孔碳纳米带(PCNR)材料。通过SEM,TEM,FTIR,Raman,XRD,BET和XPS对PCNR的形貌和结构进行了表征,结果表明:PCNR呈三维连通的带状结构,碳纳米带表面呈多孔状;800℃活化制备的PCNR800样品比表面积为2342 m~2/g、氮含量为10.75%,氧含量为13.90%。PCNR800为电极活性物质组装的超级电容器,其具有优异的储能特性。在电流密度为1.0 A/g时,比电容为58.8 F/g;在功率密度为1.5 kW/kg时,能量密度为73.3 Wh/kg;5000次恒流充放电循环后,比电容为初始比电容的96.5%,库仑效率保持99%以上。     

分级多孔活性炭的KOH再活化法制备及其电化学性能

首先利用水热法以葡萄糖为碳源合成炭微球,然后采用KOH再活化法将炭微球制备成分级多孔活性炭,最后测试并表征其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明:KOH再活化法具有扩孔和再造孔的双重作用,可获得具有较高的比表面积、合适的分级多孔结构和良好的石墨化程度的分级多孔活性炭材料;在Na2SO4中性电解液中,在电流密度为1 A/g时,分级多孔活性炭材料的比电容可达209 F/g,表现出优异的电化学性能。     

膨胀石墨/纳米氧化锌/锌复合电极材料的超级电容器性能

以膨胀石墨为原料,与滚压振动磨预处理得到的纳米锌粉混合,超声分散24h制备膨胀石墨-纳米氧化锌及锌的复合电极材料(EG/ZnO/Zn)。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微(SEM)、场发射透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱分析仪(Raman),对材料的微观结构及成分表征。结果表明,复合材料中含锌和氧化锌,纳米锌粉颗粒和氧化锌纳米棒在膨胀石墨表面和层间分散良好,其中氧化锌纳米棒呈现出六方晶系纤锌矿结构,其直径大约为20nm。利用电化学循环伏安和恒电流充放电对材料进行电化学电容性能测试,表明经处理的复合电极材料在0.1A/g的电流密度下有明显的赝电容特性,比电容达147F/g,其赝电容来源不只是欠电位沉积的化学吸附,还有氧化还原反应。     

三聚氯氰衍生多孔炭的制备及其电化学性能研究

多孔聚合物因具有高比表面积、孔结构可调性、孔隙结构丰富、合成方法多样而引起了广泛关注，在储能领域，可将其炭化后应用在超级电容器的电极材料中。在这项工作中用溶剂热法制备出多孔聚合物(PSC),以PSC为前驱体，一步炭化法制备多孔炭PSC-T。结果表明：多孔炭PSC-T具有石墨化结构，含有大量介孔。其电化学性能优异，在电流密度为1.0A/g时，比电容为190.1F/g,经过5000次的循环充放电后，比电容保留率为90%。     

淀粉还原制备纳米MnO_2超级电容器电极材料

采用氧化交联淀粉还原高锰酸钾制备出了超级电容器纳米MnO2电极材料.通过XRD和SEM对电极材料进行了表征,采用电化学测试手段对电极材料在lmol/L Na2SO4溶液中的电容特性和比容量进行了分析.结果表明,采用该方法所制备的材料为无定型的(а-MnO2,颗粒尺寸在100～150nm左右;循环伏安和恒流充放电试验测试结果表明,а-MnO2电极具有良好的电容特性.在放电电流为100 mA/g时,其比容量高达158 F/g.     

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。     

氮/磷双掺杂聚吡咯基多孔碳的制备和电容特性

以聚吡咯为碳源,通过一步碳化-活化法制备了氮/磷双掺杂分级孔结构的多孔碳。在6mol/L KOH和1mol/L Na2SO4电解液中研究了所制备多孔碳的电化学电容性能。研究表明,活化后的碳材料A-Z0比表面积高达1 433m~2/g,总孔体积为0.96cm~3/g,氮和磷元素的含量分别为1.78%和0.24%,证明A-Z0为氮/磷双掺杂的高比表面积的多孔碳。由于高的比表面积、分级孔道结构以及氮/磷官能团的协同作用,A-Z0材料表现出较为优异的电化学特性。在电流密度为0.5和30A/g时,其比电容分别达到209.3和176F/g,显示出高的比电容和倍率特性。此外,该材料也显示出优异的循环稳定性(4A/g下循环10 000圈后电容保持率为98%)。在中性电解液中,A-Z0组装成的对称两电极电容器呈现出高的能量密度(13.3 Wh/kg),表明该材料在超级电容器等领域具有潜在应用前景。     

超薄MnOx修饰多孔碳纳米纤维及其电容脱盐

MnO₂具有较高的理论比电容而作为良好的电容器材料,但因其导电性和循环稳定性较差,从而限制其电化学应用。本研究以静电纺丝技术制备的多孔碳纳米纤维（PCNF）为载体,经KMnO₄浸泡后,高温退火获得超薄MnO_x层修饰的复合碳纳米纤维（APCNF-MnO_x）。通过接触角、SEM、TEM、电化学表征及电容脱盐测试对比分析了碳纤维多孔结构对MnO_x形貌及电化学性能的影响。电化学测试结果表明：APCNF-MnO_x电极的比电容是退火的MnO_x修饰无孔碳纳米纤维（ACNF-MnO_x）电极的4倍（20 mV/s）。以APCNF-MnO_x为电容器负极材料,成功制得电容器去离子器件,其电容脱盐量达到9.23 mg/g,比ACNF-MnO_x提高了29%。     

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.     

对苯二酚增强纤维素/石墨烯电极的制备

目的 以纳米纤维素气凝胶为骨架,对苯二酚为增强相,并加入还原氧化石墨烯,制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极薄膜,将其应用于超级电容器。方法 采用超声处理制备纳米纤维素/氧化石墨烯混合溶液;在高温高压的环境下,加入对苯二酚,采用水热合成法和冷冻干燥法制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯气凝胶,并最终制成电极膜。结果 在纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合气凝胶中,石墨烯可将纳米纤维素均匀包裹,形成三维多孔网络结构;纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极具有良好的电化学性能,在1 mol/L的H2SO4溶液中,当电流扫描速率为1 mA/cm2时,超级电容器比面积电容高达1.621 F/cm2,且在2000次循环测试后,电容保留率为88.3％。结论 以纳米纤维素为基体制备的纳米纤维素/还原氧化石墨复合电极具有良好的电化学性能,可以用作超级电容器电极。     

氯金酸辅助制备核壳结构多孔碳球及其电化学性能

为提高多孔碳球作为超级电容器电极材料在电解液中的离子迁移速率，通过水热法设计制备了以碳球为外壳，金纳米颗粒为核心的核壳结构复合材料(CS-Au)。之后通过KOH活化，制备的样品(PCS-Au)比表面积可达到962.48m²/g。结果表明：在0.5A/g的电流密度下，PCS-Au表现出225F/g的比容量，相较于纯多孔碳球(PCS)比容量提高了28.5%。使用螺旋季铵四氟硼酸盐和乙腈混合溶液(CF4301)作为电解液，组装成纽扣式对称型超级电容器后，PCS-Au在功率密度为1000W/kg的情况下能量密度为27.63Wh/kg。并且在1A/g电流密度下，经过20000圈循环稳定性测试后容量保持率为104.76%,性能无衰减，展现出很好的循环稳定性。精心设计的核壳结构与较大的比表面积，优异的导电性及丰富的孔结构降低了材料电阻并可以容纳更多的电解液，导致Au纳米颗粒@多孔碳球是一种极具应用价值的超级电容器电极材料。     

电化学法原位合成Zn/Co-ZIF材料及电容性能

采用电化学法原位合成双金属Zn/Co-类沸石类咪唑骨架材料(ZIF)。通过改变反应溶剂配比、电压大小、反应时间及金属钴盐添加量来探究材料的最佳合成条件。在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与乙醇(EtOH)的体积比为1∶4,外加电压为5 V,外加金属钴盐为0.08 g时,合成不规则层状颗粒结构的Zn/Co-ZIF。以Zn/Co-ZIF为活性物质制备电极用于超级电容器性能研究,并与同条件下电化学法原位合成的ZIF-8作对比。通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)及交流阻抗(EIS)等测试手段探究其电容性能。结果表明,不同扫描速度下Zn/Co-ZIF电极材料的CV曲线有一对氧化还原峰,表现出明显的赝电容特性。在1 A/g的电流密度下,Zn/Co-ZIF电极材料的比电容为189 F/g,高于ZIF-8电极(72 F/g),2000次循环后,比电容值仍能保持初始值的90.5%。      

聚吡咯纳米管/碳纳米管复合材料在氧化还原电解液中的电化学性能

用模板法制备聚吡咯纳米管(PPyNTs),然后采用乙醇混合法将其和多壁碳纳米管(MWCNTs)制备了复合电极材料(PM)。比较不同材料在传统H_2SO_4电解液和添加了具有氧化还原活性物质胭脂红(AR18)的电解液中的电化学性能。三电极测试结果表明,在H_2SO_4电解液中PPy纳米颗粒的比电容为220 F/g,在氧化还原电解液中,PPyNTs的比电容为579.2 F/g,高于PPy纳米颗粒(445 F/g),而PM复合材料的最高比电容可达674.2 F/g,既高于单一PPyNTs又高于MWCNTs的(405.8 F/g)。利用性能优化的PM-3复合材料组装对称电容器,当电流密度为0.5 A/g时,功率密度为300 W/kg,能量密度达15.7 Wh/kg,且经过5000次循环,电容保持率为90%。说明AR18和H_2SO_4构建的氧化还原电解液能够提供额外的氧化还原反应,使具有双电层电容和赝电容的复合材料具有更加优良的电化学性能。     

废弃复材树脂高值化利用：超级电容器电极应用

近年来，废弃碳纤维复合材料数量急剧增加，对人类的生存环境造成了严重破坏。为了实现废弃复材中树脂的高值化利用，本研究采用一步碳化法制备了废弃树脂基碳材料，研究了碳化温度对碳材料结构与性能的影响，并将碳材料制备成超级电容器电极，研究电极的电化学性能。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测试仪、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼测试仪(Raman)、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)对碳材料的表面形貌、孔性能、化学组分、石墨化程度以及形成原理进行了分析。结果表明：当碳化温度为800℃时制备的碳材料具有分级多孔的结构，孔性能和石墨化程度达到最佳，所制备的超级电容器电极表现出优异的电化学性能，在1 A/g电流密度下比电容高达299 F/g,经10 000次充放电循环后，比电容仍高达296.6 F/g,循环稳定性优异。     

聚酰亚胺基氮掺杂碳电极材料的制备及电化学性能研究

由于氮掺杂多孔碳材料不仅保留原有材料的高比表面积、高孔隙率和发达的孔道结构等优势,还兼具杂原子良好的润湿性能和导电性,被广泛应用于超级电容器电极材料的研究。以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为原料,通过水热法,在高温高压的条件下,分子链进行“自上而下”的折叠,形成三维纳米微球结构。借助对纳米球的高温热解,使氮元素保留在碳材料中,得到含有大量微孔和介孔结构的掺杂氮碳微球。当碳化温度达到800℃时,PI碳球具有709.39m²/g的高比表面积和良好的氮掺杂率,很大程度上提高了此类电极材料的比电容和润湿性能。电化学测试表明,当扫描速率为0.5A/g时,电极材料能够达到253.6F/g的比电容,且在电流密度达到10A/g时,电极材料的电容保持率为59.6%。同时,在循环10000次后,比电容保持率出现涨幅达到105%,具有优异的循环稳定性。综上,通过自组装和氮掺杂的有效结合,制备的3D氮掺杂多孔碳微球具有理想的电化学性能,为制备超级电容器电极材料提供了一种可供参考的工艺。