微乳法制备高导电性α-MnO_2/聚苯胺复合物

通过微乳法制备高导电性二氧化锰/聚苯胺(α-MnO_2/PANI)复合物。首先制备α-MnO_2,然后以α-MnO_2和苯胺为原材料制备α-MnO_2/PANI复合物。通过X-射线衍射光谱(XRD)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对产物结构和形貌进行了表征。通过循环伏安法(CV)、计时电位法(GCD)和电化学交流阻抗(EIS)对其电化学性能进行了表征。结果表明α-MnO_2/PANI复合物表现出比纯α-MnO_2、PANI更高的电化学性能,在电流密度为0.5 A·g~(-1)时α-MnO_2/PANI复合物比电容高达790.0 F·g~(-1),而α-MnO_2、PANI比电容分别为103.5 F·g~(-1)和339.1 F·g~(-1),表明此材料复合后电化学性能得到了显著的提升。     

不同形貌二氧化锰的制备及其电化学性能研究

采用水热法,在不同的水热反应温度和反应时间条件下制备了两种晶型和形貌的二氧化锰,并将之用于超级电容器电极材料。借助X射线衍射、扫描电镜、透射电镜以及比表面分析仪等测试手段对二氧化锰材料进行物理结构表征。结果表明:100℃水热反应12 h的产品为纳米片状的δ-MnO_2,其BET比表面积为23.2 m2/g;200℃水热反应36 h的产品为纳米线状的α-MnO_2,其BET比表面积为14.6 m2/g。通过循环伏安、恒电流充放电和电化学阻抗研究了二氧化锰材料的电化学行为。结果表明:δ-MnO_2纳米片的循环伏安曲线比α-MnO_2纳米线电极更接近于矩形;在0.5 A/g电流密度下,δ-MnO_2纳米片的比电容高达283.5 F/g,而α-MnO_2纳米线只有227.5 F/g。     

石墨烯/δ-MnO_2复合材料的制备及其超级电容器性能

采用螯合法制备了RGO/δ-MnO_2复合材料,并用X射线粉末衍射(XRD)、低压氮气吸附脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱(EDS)、热重(TGA)对其结构和物相进行表征。采用循环伏安测试(CV)、恒电流充放电(GCD)以及循环测试对所制材料电化学储能进行测试。结果表明RGO/δ-MnO_2复合材料比纯石墨烯和纯δ-MnO_2具有更优异的电化学性能。当电流密度为1 A·g-1时,RGO/δ-MnO_2复合材料的比电容可达322.6 F·g-1,比纯δ-MnO_2电极材料高234.2 F·g-1,比纯石墨烯高212.1F·g-1。当电流密度放大10倍后,RGO/δ-MnO_2复合材料的比电容保留率为79.1%。在1000次恒流充放电测试后,比电容为252 F·g-1(99.6%),说明该方法制备的RGO/δ-MnO_2复合材料是一种有应用前景的超级电容器电极材料。     

纳米Co3O4-碳纳米管复合电极的超级电容性能研究

采用湿法制备纳米Co_2O_4,并与碳纳米管掺杂,制备出纳米CO_3O_4-碳纳米管复合电极。纳米Co_3O_4与碳纳米管质量比为90：5。制备的复合电极表现出了良好的超级电容性能,复合电极单电极比电容达233．32F·g~(-1),与纯Co_3O_4电极相比,单电极比电容容提高20%。     

过渡金属碳酸氢盐Ni(HCO3)2材料的合成以及超级电容器性能的研究

超级电容器(SCs)以其功率密度高、寿命长、生态友好、成本低等显著特点受到研究者的广泛关注。然而,能量密度仍然较低,限制了其进一步的应用。因此,选择具有高比电容的电极材料是提高超级电容器电化学性能的重要方法之一。采用简易的一步水热法成功地制备出过渡金属碳酸氢盐Ni(HCO_3)_2电极材料。经实验证明,该材料具有良好的电化学性能,在电流密度为1A·g~(-1)时具有较高的比电容2056F·g~(-1),且当用10A·g~(-1)的电流密度进行测试时比电容仍有1292F·g~(-1),说明Ni(HCO_3)_2材料具有良好的倍率性能。此外,在5 A·g~(-1)电流密度下循环2 000圈后仍然具有93%的比容量保持率,具有良好的循环稳定性。     

PANI/MnO_2电极的制备及其在超级电容器中的应用

以盐酸为掺杂剂,苯胺为单体,过硫酸钾为引发剂,用MnO_2作添加剂,以水溶液聚合法制备了导电聚苯胺/MnO_2复合电极材料。将所制备的材料制作成超级电容器用的电极片,通过对电极材料进行CV测试、阻抗测试及超级电容器充放电测试,探讨了MnO_2添加量对聚苯胺/MnO_2复合电极的电化学性能影响。结果表明,当苯胺用量为0.3 mol时,MnO_2添加量为1.5 g时所制备的聚苯胺/MnO_2复合电极材料具有最佳的电化学性能。基于该电极片的超级电容器比电容高达408 F·g~(-1)。     

高导电三明治状MnO_2/CNTs/MnO_2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO_2具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO_2仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO_2/CNTs/MnO_2复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO_2提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO_2生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO_2发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO_2之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能:在0.1 A·g~(-1)的电流密度下,能够获得428.8 F·g~(-1)的可逆比电容,并在5 A·g~(-1)的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g~(-1)循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

纳米片状电极材料MnMoO_4的电化学性能研究

作为一种对静电电容器和电池起桥梁作用的新型储能装置,超级电容器的出现有效地缓解了煤、石油等化石燃料对环境的污染,如果要获得性能优良的超级电容器,就必须对它的核心组成部件电极材料进行详细的研究。本文用水热法制备出一种可以作为超级电容器电极的MnMoO_4材料,电化学测试结果表明当电流密度为5 A·g~(-1)时,获得的电容为1284.12 F·g~(-1);当电流密度升高到50 A·g~(-1)时,电容值为1055.56 F·g~(-1)。通过对MnMoO_4电极充放电循环性能测试可知,MnMoO_4有良好的循环稳定性,当充放电持续3000圈后,电容仍然保留了初始值的93.80%。因此,水热法制备出的MnMoO_4是一种非常有前景的超级电容器电极材料。     

二氧化锰/石墨烯复合电极材料的合成及超电容性能研究

将氧化石墨(GO)还原为石墨烯(GNS),以高锰酸钾(KMnO_4)和硫酸锰(MnSO_4)为锰源,在石墨烯基体上合成二氧化锰/石墨烯(MnO_2/GNS)复合电极材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对材料的微观形貌和晶体结构进行表征;将电极材料制备成复合电极片并组装成对称型超级电容器,采用恒流充放电对其进行电化学性能测试。结果表明,复合电极材料在5A·g~(-1)的电流条件下,比容量达到291.5 F·g~(-1),在循环200次后电容保持率达到95.6%,具有良好的电化学性能。     

NiCo_2O_4/炭黑@纳米炭纤维自支撑复合电极制备与电容性能研究

针对炭材料和金属氧化物单独作为电极材料存在的不足,以纳米炭纤维作为基底,通过水热法在纳米炭纤维上同时负载炭黑(CB)和钴酸镍(NiCo_2O_4)纳米线,进一步热处理制备了NiCo_2O_4/炭黑@纳米炭纤维自支撑复合电极。在复合电极材料中,纳米炭纤维网络提供了三维电子传导通道,钴酸镍提供了较高的比电容,炭黑显著地提高了NiCo_2O_4的导电性。通过调整沉积时间有效调节了活性物质的负载量,所得电极显示出优异的导电性(35.3 S·m~(-1)),在1 A·g~(-1)的电流密度下比电容达到846 F·g~(-1),且具有优良的循环稳定性。优异的电容性能使NiCo_2O_4/炭黑@纳米炭纤维复合电极有望成为下一代超级电容器的电极材料。     

梧桐絮制备多孔纤维碳材料及其在超级电容器中的应用

以法国梧桐絮为原料、KOH为活化剂,通过碳化制备多孔纤维碳材料,并在此基础上组装了超级电容器器件。通过SEM、EDS、XRD、Raman、FTIR、BET等对制备的多孔纤维碳材料进行表征,并研究了多孔纤维碳材料电极的电化学性能。结果表明:在扫描速率为50 mV·s~(-1)时,800℃下碳化制备的梧桐絮多孔纤维碳材料电极的比电容可以达到236 F·g~(-1);所组装电极在循环10 000次后,比电容仍维持原来的99.8%,表明梧桐絮多孔纤维碳材料在超级电容器领域有巨大的应用潜力。     

电化学沉积制备高比电容 铁钴复合硫化物超级电容材料

金属硫化物被认为是超级电容器电极材料最有希望的候选者,二元金属硫化物之间的协同作用可以改善材料的电化学性能。以泡沫镍为基底采用电化学沉积法合成了三维片状的铁钴复合硫化物。通过探索试剂比例、沉积时间和沉积电位对电化学性能的影响,以此获得最佳的实验条件。该材料在电流密度为1A·g~(-1)下的比电容为2802F·g~(-1),经过1000次循环后,电容保持率为54.9%。     

一步电沉积法制备针状镍钴双金属氧化物及电化学性能的研究

本文通过一步电沉积法在预处理的泡沫镍表面原位生长针状镍钴双金属氧化物,制备得到高负载量的正极材料NiCo_2O_4。对比文献报道,预处理的泡沫镍表面存在细小的孔道结构不仅具备模板作用,而且该模板能够提高单位面积上活性物质的负载量时,具有一定电容贡献,不用二次剔除,制备方法简单高效。经过电化学测试,活性材料NiCo_2O_4的负载量为5.24mg·cm~(-2)时,NiCo_2O_4-泡沫镍电极在1A·g~(-1)的电流密度下,获得高的质量比电容为773F·g~(-1),在0.5A·g~(-1)的电流密度下,充放电测试3000圈,电容保持率为75%。显示该电极材料具有高的质量比电容和较好的循环使用寿命,该方法制备NiCo_2O_4-泡沫镍电极在超级电容器领域具有广泛的应用前景和一定的普适性。     

网格状NiFe2O4纳米片阵列的制备及电容性能研究

采用水热法和煅烧法相结合制备得到直接生长在泡沫镍上的网格状NiFe_2O_4纳米片阵列。采用X射线晶体衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征手段对其组成和结构进行表征并作为超级电容器电极进行测试。电化学性能测试结果表明,制得的NiFe_2O_4纳米片阵列结构电极具有较高的比电容和优异的电学性能。在电流密度为1 A·g~(-1)时,比电容量高达到722.05 F·g~(-1)。在电流密度为10 A·g~(-1)时,比电容为464.73 F·g~(-1),比电容量仍保持在1 A·g~(-1)时比电容量的64.36%。     

花状δ-MnO_2和线状α-MnO_2的制备及其电容性能研究

以KMn O4为锰源,尿素为还原剂,在水热温度120℃和180℃下分别合成了花状δ-Mn O2和线状α-Mn O2。利用XRD和SEM对样品的结构和形貌进行了分析;利用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电测试研究其电化学性能。测试结果表明,Mn O2的晶型和形貌对其电化学性能影响较大,花状δ-Mn O2比线状α-Mn O2展现出更好的电容性能。在扫速5 m V/s时,花状δ-Mn O2和线状α-Mn O2电极比电容分别为193.9 F/g和152.0 F/g。在与活性炭组成的非对称超级电容器中,AC//δ-Mn O2和AC//α-Mn O2电容器初始比电容分别为31.2 F/g和25.4 F/g;1000次充放电循环后,AC//δ-Mn O2循环性能更好。因此,花状δ-Mn O2更适合做非对称超级电容器的正极活性材料。     

磷酸镁多孔材料的制备及其在结构超级电容器的应用

以NaHCO_3为引气剂,利用化学发泡法制备磷酸镁多孔材料(MPCPM),该材料孔径发达、强度较高。利用MPCPM和KOH复合形成结构载体/电解质双连续相系统,并与石墨烯电极组装成一种新型结构超级电容器。研究发现,MPCPM孔隙连通度是影响结构超级电容器电学性能的主要因素。内部连通孔隙结构有利于离子的运输,从而改善结构超级电容器的储能容量。使用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电以及抗压强度测试等方法研究化学发泡剂NaHCO_3掺量及养护龄期对结构超级电容器电学性能和力学性能的影响。NaHCO_3掺量为2.5%时比电容最高可达62.2 F·g~(-1),比不掺加NaHCO_3时提高了34.1%。并且当NaHCO_3掺量为2%其比电容为38.79 F·g~(-1),同时抗压强度高达18.76 MPa,显示出良好的多功能性。     

碳分子筛基多孔碳材料在不同水系电解液中的超电容性能

电解液是超级电容器不可或缺的重要组成部分,水系电解液由于导电率高、安全性好且成本低而被广泛使用。本文以商品化碳分子筛为前驱体,采用KOH活化法制备了一种多孔碳材料AMS,并研究了其在KOH、K_2SO_4、KNO_3、NaNO_3、LiNO_3、KCl等6种水系电解液中的电化学性能。 AMS在KOH电解液中具有108 F·g~(-1)的高比容量,在5 A·g~(-1)的高电流密度下比电容为85 F·g~(-1),电容保持率为78%。发现电解质水合离子尺寸、离子电导率是影响AMS在水系电解液中电容性能的主要因素,水合离子尺寸越小、电解质离子导电性越大,电极材料更容易获得优异的电容性能。     

超大容量离子电容器碳纳米管与氧化镍复合电极材料的研究

以碳纳米管为基体材料，采用硝酸回流对其进行表面改性，然后应用溶胶－凝胶法在经回流处理的碳纳米管上沉积氢氧化镍，热处理得到碳纳米管与氧化镍复合电极材料。分析了复合电极材料的结构和形貌，研究了碳纳米管与氧化镍复合，回流表面改性对超大容量离子电容器性能的影响。结果表明，碳纳米管与氧化镍复合电极材料兼有碳纳米管和氧化镍两者在结构，性能方面的优势，基于复合电极的超大容量离子电容器不仅能形成双电层电容，也能形成赝电容，其比电容量，比能量高，并在氧化镍质量分数小于50％时具有良好的功率特性和频率响应特性。以氧化镍质量分数为75％的复合电极材料制备电极，所得超大容量离子电容器比电容值可达160F/g；碳纳米管硝酸回流处理对于提高比电容量也有一定作用。     

神华烟煤活化制备电化学电容器电极材料的研究

以神华烟煤为前驱体,KOH为活化剂制备高比表面积活性炭。采用N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容和孔结构进行了表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学特性。在碱炭比为4:1,800℃活化1 h的条件下制备的活性炭比表面积达3 134.28 m~2·g~(-1),总孔容1.96 cm~3·g~(-1),中孔率87.94%。该活性炭在3 mol/L KOH水溶液及1 mol/L(C_2H_5)_4NBF_4/碳酸丙烯酯(Propylene carbonate PC)电解液中均具有高的比电容(分别为281 F·g~(-1),155 F·g~(-1))和低的等效串联内阻。     

δ/α-MnO_2的水热制备及其电容性质

以KMnO_4和Cr(NO)_3经氧化还原反应所得α-MnO_2为前驱物,在KMnO_4溶液中于160℃水热条件下反应24 h,制得了δ/α-MnO_2。应用X-射线衍射、扫描电镜和透射电镜等技术对制备产物进行了结构和形貌表征。同时,在1.0 mol/L Na_2SO_4水溶液中研究了δ/α-MnO_2材料的电容性质。结果显示,当扫描速度为5 m V/s时,其比电容为154 F/g。