高性能超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器即电化学电容器,是近年来发展起来的一种新型储能元件,通过离子吸附（双电层电容）或氧化还原法拉第反应（赝电容）导致电荷在电极中的储存,电荷储存机理和纳米材料的快速发展使得超级电容器的性能得到显著提高。介绍了近些年超级电容器电极材料的研究进展,从炭素材料、过渡金属氧化物和导电聚合物这3类基础材料出发,结合纳米技术并由此制得的纳米材料,综合分析了高性能超级电容器及其电极材料的发展趋势。     

四氧化三锰/聚吡咯/石墨烯复合材料的研制

聚吡咯与石墨烯都具有良好的导电性,并易于与其他材料复合.为了改善金属氧化物材料的电化学性能,采用两步法,先合成氧化石墨烯/聚吡咯复合物,利用高锰酸钾与乙二醇在微波下与氧化石墨烯/聚吡咯复合物反应,制备四氧化三锰/聚吡咯/还原氧化石墨(Mn3O4/PPy/r GO)复合材料,利用扫描电镜、傅立叶红外光谱和X射线衍射对Mn3O4/PPy/r GO复合材料的微观形貌及结构进行表征,并通过循环伏安法和计时电位法对其电化学性能进行测试.结果表明,电流密度为0.5 A/g时,Mn3O4/PPy/r GO复合材料的电容达到546 F/g,经过800圈循环伏安测试后的电容保持率为94.8%.表明Mn3O4/PPy/r GO复合材料具有良好的电化学可逆性与电化学稳定性.其优良的电化学性能可能是Mn3O4/PPy/r GO复合材料中三种组分共同作用的结果,可望应用于新型超级电容器.     

长循环寿命多孔铁钴双金属氧化物纳米球电极材料的制备

为了提高双金属氧化物电极材料的电化学性能和循环稳定性,通过简单省时的溶剂热煅烧法制得多孔铁钴双金属氧化物(Fe_xCo_yO₄)纳米球,并探究加入不同比例的铁钴对电化学性能的影响;通过XRD、SEM和XPS对所得的电极材料进行表征,利用电化学工作站和蓝电电池测试系统等进行电化学性能测试。结果表明：多孔的双金属氧化物纳米球可以有效地提高超级电容器的电化学性能,同时还具有超长的循环寿命;当加入的铁钴比例为1∶1时,所制备的FeCoO₄多孔纳米球电极表现出最大比电容596 F/g;将电极材料组装为对称超级电容器,测试其循环稳定性,在3 A/g的电流密度下循环20 000圈后,其容量保持率可增加至120%。     

磷掺杂还原氧化石墨烯/聚苯胺复合水凝胶的制备及性能研究

石墨烯/聚苯胺复合材料作为超级电容器的自支撑电极材料具有巨大的潜力。以磷酸为磷源的水热还原法制备磷掺杂还原氧化石墨烯(P-rGO)水凝胶,再以P-rGO水凝胶为基质在3种溶剂(正己烷、水和四氯化碳)中负载聚苯胺,合成磷掺杂还原氧化石墨烯/聚苯胺(P-rGO/PANI)复合水凝胶。利用X射线衍射、扫描电子显微镜表征产物的微观形貌与结构,运用电化学工作站测试该材料的电化学性能。以1 mol/L的H₂SO₄溶液为电解质,经过1 000圈循环测试后,材料的比电容保持率均为81%以上,表明其有作为超级电容器电极材料的潜质。该研究为开发出低成本、高性能的超级电容器电极材料提供了实验依据和理论指导。     

金属硫化物及其复合材料在超级电容器领域的研究进展

随着人们对于清洁能源要求的不断提高,超级电容器以具有超高比电容、高功率密度和长循环等特点引起人们的研究兴趣.超级电容器已经被应用在许多工业领域中.电极材料是决定超级电容器性能的重要因素之一.过渡金属硫化物因其具有独特的电子结构和多型性的特征被广泛用作为电极材料,但其在电化学循环过程中,容易产生穿梭效应和体积变化破坏电极...     

花状Co_3O_4纳米材料的制备及其电化学性能

采用水热法,以硝酸钴、尿素为原料,结合后续热煅烧工艺,成功制备了纳米棒自组装的花状结构Co_3O_4,并将其作为超级电容器的电极材料.采用XRD、SEM、TEM、BET等对样品进行了形貌与结构表征.结果表明,当水热反应温度为180℃、水热反应时间为12h时,可以制备形貌均一的花状结构Co_3O_4.电化学测试结果表明,所制备的超级电容器电极材料在不同扫速下电极发生了快速、可逆氧化还原反应,并表现出较好的法拉第电容特性.因此,该花状Co_3O_4作为超级电容器电极材料具有广阔的应用前景.     

多孔石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用催化刻蚀法,制备出作为一种大比表面积、高导电性的、已被广泛用作超级电容器的二维碳电极材料。石墨烯的多孔材料由于其多孔结构能够加快离子的扩散,使得比电容进一步增加,增强了其双电层电容性能。多孔还原氧化石墨烯(hrGO),并将其用作超级电容器的电极材料。同时利用透射电子显微镜、X射线电子能谱和电化学技术对制备出的hrGO进行表征。利用循环伏安法和恒电流充放电技术对比了未刻蚀孔的还原氧化石墨烯(rGO)和hrGO的超级电容性能。当电位在-1～0 V范围内时,hrGO的比电容要大于未刻蚀的rGO的比电容,当扫速为10 mV/s时,其比电容可达到33 mF/cm~2;当电流密度为0.2 mA/cm~2时,hrGO的比电容仍要大于未刻蚀的rGO的比电容,与循环伏安测试中得到的结论一致。在充放电达到3 000次循环后,比电容保持在初始值的87%。上述结果表明该方法制备的多孔石墨烯具有良好的超级电容性能,适用于超级电容器负极材料。     

液晶模板法制备Co3O4分级多孔结构薄膜和赝电容性能研究

采用液晶模板法制备Co3O4纳米薄膜,用循环伏安法和恒流充放电测试方法,表征分析其微观结构和电化学性能。结果表明:Co3O4薄膜是多晶体,呈分级多孔结构,该结构有利于电子和离子的扩散,可显著改善超级电容器的比电容,增强电容保持能力,是一种优良的超级电容器电极材料。     

液晶模板法制备Co3O4分级多孔结构薄膜和赝电容性能研究

采用液晶模板法制备Co3O4纳米薄膜,用循环伏安法和恒流充放电测试方法,表征分析其微观结构和电化学性能。结果表明：Co3O4薄膜是多晶体,呈分级多孔结构,该结构有利于电子和离子的扩散,可显著改善超级电容器的比电容,增强电容保持能力,是一种优良的超级电容器电极材料。     

氮掺杂石墨烯凝胶的制备与表征

为了拓展石墨烯凝胶在超级电容器方面的应用,采用氨水、水合肼作为还原剂和掺杂剂,通过与氧化石墨烯的水热反应制备了氮掺杂石墨烯凝胶,并采用X射线光电子能谱,元素分析、扫描电子显微镜对产物的结构与微观形貌进行表征,采用循环伏安法和计时电位法测试其电化学性能. 结果表明,在氧化石墨烯的水热反应体系中引入氮掺杂剂,不仅能得到具有三维多孔结构的有一定力学强度的凝胶,而且经过氮掺杂后石墨烯的电化学性能较纯石墨烯的有明显提高. 当扫描速率为10 mV/s时,氮掺杂石墨烯的比电容为196 F/g;当电流密度为1 A/g时,氮掺杂石墨烯的比电容达到217 F/g,当循环伏安扫描1 000圈后,电容保持率达到80%. 这表明氮掺杂石墨烯凝胶具有优异的电化学性能,在超级电容器方面有很好的应用前景.     

Al涂层对Ni基合金高温氧化性能的影响

为了研究Al涂层对Ni基合金高温氧化性能及氧化机理的影响,采用磁控溅射方法在Ni基合金表面制备了Al涂层,在600℃下对涂层进行了真空扩散退火和预氧化处理,并研究了涂层在1 100℃下的高温氧化性能.利用扫描电子显微镜和能谱仪分析了氧化膜的截面形貌及组成.结果表明,Ni基合金氧化动力学曲线近似服从抛物线规律,且合金的氧化增重最大.经过1 100℃高温氧化后,Ni基合金表面形成三层氧化膜,外层为Ni O、Cr_2O_3、Al_2O_3的混合氧化物和少量尖晶石氧化物,中间层主要为Ni的氧化物,内层为Al_2O_3.Al涂层试样的氧化增重相对较小,表明Al涂层在一定程度上提高了Ni基合金的抗氧化性能.     

石墨烯化石墨/聚苯胺电极的制备及电容特性

通过电解剥落得到的表面石墨烯化的石墨电极(graphene layers/graphite plate, GL/GP)为基底,在硫酸介质中以苯胺为单体,采用循环伏安法(cyclic voltammetry, CV)制备了表面石墨烯化的石墨/聚苯胺(graphene layers/graphite plate/polyaniline, GL/GP/PANI)电极,并探究聚合圈数对GL/GP/PANI电极比电容的影响。利用场发射扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)对电极材料的形貌进行表征。在0.5 M H₂SO₄电解液中,对合成的电极材料进行循环伏安、恒电流充放电(chronopotentiometry, CP)和电化学稳定性测试。结果表明,在表面石墨烯化的石墨电极上合成的PANI具有棒状结构,电流密度为0.085 mA/cm²时, GL/GP/PANI电容器的比电容可达1 042.8 F/g。提供了一种新的超级电容材料基底电极的构建方式。     

大气中熔融Zn/Al2O3陶瓷涂层界面反应机理分析

为了分析熔融Zn/Al₂O₃陶瓷涂层界面反应产物及其反应机理,在大气气氛中测定了熔融Zn/Al₂O₃陶瓷涂层的润湿角.通过扫描电镜（SEM）、x射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）等手段,分析了润湿表面及断面组织形貌、润湿后Al₂O₃陶瓷涂层表面相结构及其微区成分.结果表明：熔融Zn/Al₂O₃陶瓷涂层的润湿角较大,约为138°,随着润湿时间的延长,润湿角减小到约131°,并基本保持不变;熔融Zn/Al₂O₃陶瓷涂层在润湿过程中,界面处产生了物质迁移和成分变化,生成3ZnO47Al₂O₃、4ZnO11Al₂O₃和ZnO/Al₂O₃等类似尖晶石结构的锌铝化合物.这表明熔融Zn/Al₂O₃陶瓷涂层间发生了反应性润湿.     

K444铸造镍基高温合金的高温氧化行为

为了研究燃气轮机叶片材料K444铸造镍基高温合金的高温氧化性能,研究了K444铸造镍基高温合金800℃及850℃恒温氧化动力学及氧化机制.采用x射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪分析了K444合金氧化产物、氧化膜形貌及成分.结果表明：在实验条件下K444合金氧化动力学遵循抛物线规律.在高温氧化期间,K444合金表面氧化膜无明显剥落.氧化膜主要由Cr₂O₃组成,含有少量的NiCr₂O₄及TiO₂.氧化膜呈多层结构：外层较薄,膜质疏松,孔隙较多,是以TiO₂为主的不连续氧化物膜层;中间层是以Cr₂O₃为主的连续致密保护性氧化物膜层,其中含有少量的NiCr₂O₄及TiO₂;内氧化层以Al₂O₃为主.     

立方状Fe3O4超细粉的制备

以化学法制出了一种立方状的 Fe_3O_4超细粒子,其生成与化学制备过程中 Na~(+1)的浓度有关.立方状 Fe_3O_4粒子与具有同其大致相同尺寸的球状 Fe_3O_4粒子相比,矫顽力较高,而比饱和磁化强度则较低.     

等离子喷涂Al2O3p/NiCrBSi涂层组织与性能

为了研究粉末结构对复合材料涂层组织与性能的影响规律,采用双路送粉方法、高能球磨团聚粉末及包覆混合粉末等离子喷涂制备Al₂O_3p/NiCrBSi 复合材料涂层.利用激光共聚焦扫描显微镜（LCSM）、扫描电子显微镜（SEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、x 射线衍射仪（XRD）及冲蚀磨损试验机等研究了涂层的微观组织和抗冲蚀磨损性能.结果表明,复合材料涂层主要由αAl₂O₃、γAl₂O₃、γNi、Ni₃B、CrB、Cr₂B、M₇C₃和M₇C₃相组成, Al₂O₃增强体颗粒分布于基体层片间或层片内.粉末结构对涂层的组织与性能具有明显的影响,采用包覆混合粉末制备的Al₂O_3p/NiCrBSi 复合材料涂层结构致密,具有更高的抗冲蚀磨损性能.     

掺杂Mg~(2+)对NiFe_2O_4晶体结构及气敏性的影响

针对纯的镍铁尖晶石纳米材料对气体灵敏度较低问题,以硝酸铁、硝酸镍和硝酸镁作为反应物,柠檬酸作为凝胶剂,采用溶胶凝胶结合自蔓延燃烧工艺合成Ni1-xMgxFe2O4型纳米粉体,研究了金属镁离子掺杂对镍铁尖晶石晶体结构及气体灵敏度的影响.x-射线衍射仪(XRD)分析和扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明:干凝胶在250℃自燃所得的粉体即为NiFe2O4尖晶石相,Mg2+在NiFe2O4晶格中优先占据B位,部分占据A位.采用600℃热处理后的样品颗粒尺寸为30～50nm.气敏性能测试结果表明:当x为0.2,最佳工作温度为300℃时,Ni1-xMgxFe2O4型气敏元件对丙酮气体的灵敏度最高.     

电化学氧化降解氯嘧璜隆

为了建立操作简便、有效的电化学氧化处理氯嘧璜隆废水的工艺方法,采用循环伏安法和恒电流电解法研究了传质因素对氯嘧璜隆在Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2阳极电化学氧化降解过程中的影响,并对各种影响传质和氯嘧璜隆降解反应中的因素进行了优化.采用循环伏安和紫外-可见光谱法初步研究了氯嘧璜隆在Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2阳极上的电化学氧化机理;采用高效液相色谱法(HPLC)对电解反应过程中c(氯嘧璜隆)进行监测;采用重铬酸钾法对化学需氧量(COD)去除效果进行评价.实验结果证明,废水的性质、电解操作条件、废水传质条件等因素对氯嘧璜隆在Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2阳极上的电化学降解都具有显著的影响,同时也证明了采用Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2阳极电化学氧化处理含氯嘧璜隆废水的可行性.     

含锌氧簇的钒氧酸盐配合物的合成及结构

为了合成一种新型无机钒氧酸盐配合物[Zn2VO4(OH)]并对其进行结构分析,采用水热合成方法以V2O5、2,2'-联吡啶胺、ZnO和H2O为原料合成[Zn2VO4(OH)],并采用红外光谱、热重分析和x-射线衍射分析对该配合物的结构进行表征.结果表明,该配合物由简单的{VO4}3-单元构筑;配合物中含有Zn4O3OH立方体,且每个立方体均通过体外的OH官能团与其周围的6个立方体相连接并形成新型二维层;二维层之间再通过{VO4}3-桥连形成三维立体结构.{VO4}3-阴离子可以作为多齿配体,并可用来合成无机配合物.     

熟料溶出二次反应过程中Al_2O_3损失动力学机理

为了分析熟料溶出过程的二次反应机理,对该过程中Al2O3损失动力学进行了详细的研究.采用DY8型低压群釜进行熟料溶出实验,分别用EDTA容量法和硅钼蓝比色法分析溶液中Al2O3和SiO2的质量浓度.根据给出的动力学方程,得到铝酸钠溶液中Al2O3、Na2CO3和NaOH质量浓度对该反应的级数分别为0.94、0.03和0.14.该结果表明,导致SiO2进入铝酸钠溶液和由此带来的Al2O3损失主要是熟料中硅酸钙与NaAl(OH)4相互作用的结果,而NaOH和Na2CO3的贡献则相对较小.在此结论的指导下进行了熟料高浓度溶出实验,实验结果表明,合理地调控影响因素可使熟料高浓度溶出过程二次反应得到有效控制.