载镍活性炭材料及复合型超级电容器

为提高碳基电化学电容器的比电容和和能量密度,采用化学沉积法将少量镍氧化物沉积在活性炭上,得到沉积镍氧化物的活性炭材料并以此材料做成复合电极用于混合型电化学电容器的正极.研究显示,沉积镍氧化物后,碳材料的比表面积略有减小,但孔径分布没有明显变化.复合电极作为混合型电容器的正极时,比电容达到194.01F/g,比纯活性炭正极的175F/g提高了10.84%;复合电极在6mol/L的电解液中析氧电势为0.296V,比纯活性炭电极的0.220V高出0.076V,因此,具有较高的能量密度.不同放电电流密度下的恒电流测试结果显示,沉积镍氧化物活性炭复合电极的比电容值没有明显变化,与纯活性炭电极一样表现出良好的功率特性.采用沉积镍氧化物活性炭作为正极材料的复合型电容器,在6mol/L的KOH水溶液作为电解液时,单体电容器的工作电压可以达到1.2V,高于纯活性炭制备的双层型电容器0.2V.充放电循环10000次时,复合型电容器的电容仅降低到初始电容的90%.上述结果表明,在活性炭上沉积少量镍氧化物颗粒可以提高碳基电化学电容器的比电容和能量密度.     

孔结构对煤基活性炭电化学性能的影响

以煤为前驱体,KOH为活化剂制备系列煤基活性炭电极材料.采用N_2吸附法及电化学测试对活性炭的孔结构和电化学性能进行了表征,研究了孔结构对活性炭电极材料的电化学性能的影响.结果表明,采用化学活化法可制备出比表面积1 048～3 581 m~2/g、中孔率7%～91%的活性炭电极材料.在3 mol/L KOH无机电解液体系及1 mol/L(C_2H_5)_4NBF_4/碳酸丙烯酯(PC)有机电解液体系中,活性炭电极材料的比电容分别达到322 F/g,190 F/g.2～3 nm的中孔对电解质离子在电极材料中的扩散有着重要作用,可以有效降低电解液的扩散阻力,提高电极材料比表面积的利用率,从而增强电容器的电化学性能.     

NiO/AC非对称超级电容器的研究

通过热处理球形Ni（OH）2得到NiO粉末，将其作为正极与活性炭（AC）负极组装成非对称超级电容器，用恒流充放电测试分析了超级电容器的电容特性。讨论了正负极活性物质比例、充放电电流和热处理时间对超级电容器比电容量、内阻的影响。结果表明：正负极活性物质比为1：3，工作电流密度为200mA／g，当Ni（OH）2的热处理时间为2h，充电电压为1．3V时，超级电容器的双电极比电容量可达71．5F／g。     

物理化学两步活化法制备煤基活性炭电极材料

为提高超级电容器用的活性炭电化学性能,通过物理化学两步活化法制备煤基活性炭.以太西无烟煤为原料,通过成型和炭化后,用CO_2物理活化制得柱状活性炭(AC-1).将AC-1酸洗脱灰,并用KOH水溶液浸渍,进行第2步化学活化,制得超级电容器用的煤基活性炭(AC-2),两步活化后总收率为45.18%.将活性炭制备成电极材料,并在三电极和双层电容器体系下进行电化学性能测试.结果表明:在KOH电解液浓度为6mol/L,电流密度为0.5A/g时,三电极体系下,比电容由68.5F/g(AC-1)提高到122.5F/g(AC-2),在纽扣式超级电容器体系下,比电容由75F/g(AC-1)提高到165.5F/g(AC-2),且AC-2具有良好的长循环稳定性,经过5 000次的循环后电容量几乎无衰减.与物理活化所得活性炭相比,物理化学两步活化所得活性炭的总孔容和中孔率明显增加,其作为电极材料的电化学性能显著提高.     

氢氧化镍掺杂活性炭复合电化学电容器的研究

在活性炭中掺入一定量的Ni（OH）2作为电化学电容器的上下极活性物质，通过恒流充放电测试考察了掺入Ni（OH）2的活性炭正极与纯活性炭负极组成的复合型电容器，在不同充放电条件下的电化学电容特性。实验发现，该复合电容器的稳定工作电压可提高至1．3V，并具有较高的比电容量，可以有效地提高了电化学电容器的能量密度。与纯活性炭型电容器相比，其能量密度可以增加70％～85％，同时，这种复合型的电化学电容器具有较长的循环寿命和较低的自放电率。     

氧化镍/活性炭电极的超电容性能

在制作双电层电容器基础上,采用电化学沉积法,在活性炭电极表面负载氧化镍.XRD测定表明,镍氧化物以NiO形态负载于活性炭电极上.电化学性能研究表明,氧化镍/活性炭复合电极循环伏安曲线呈矩形特征,具有良好的电容特性;其交流阻抗谱由圆弧和直线组成,电化学过程受扩散和氧化镍的赝电容行为控制;其恒电流充电曲线呈直线,电容特性显著,大电流性能良好,比容量达104.7 F/g,是活性炭电极比容量的1.35倍.     

锌空气电池钙钛矿型空气电极催化剂的研究

根据热重分析结果，采用高温固相反应合成了2种作为锌空气电池氧气还原催化剂的La0.6Ca0.4CoO3Ⅰ、La0.6Ca0.4CoO3ⅡU，X射线衍射分析结果表明La0.6Ca0.4CoO3Ⅰ、La0.6Ca0.4CoO3Ⅱ都是钙钛矿型结构。采用恒电流放电曲线和循环伏安测试，研究了它们在9mol／LKOH溶液中的电化学性能，结果表明该钙钛矿型催化剂La0.6Ca0.4CoO3是一种良好的空气（氧）电极催化剂，而且催化剂La0.6Ca0.4CoO3Ⅱ的性能要比La0.6Ca0.4CoO3Ⅰ的性能好，La0.6Ca0.4CoO3Ⅱ的放电容量是La0.6Ca0.4CoO3Ⅰ的1．2倍。     

超大容量双电层电容器的研制

双电层电容器是一种功率密度高和能量密度大的新型储能元件。研究以活性炭为材料的双电层电容器的制作，对制作压力、活性物质涂载量及电解液浓度进行了研究，摸索出电容器的制作工艺。实验过程中采用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电方法对电极和电容器进行性能测试。结论是活性炭电极在制作压力为20MPa，活性物质涂载量为30mg／cm^2，电解液为7moL／L的KOH水溶液时性能最优。实验单体小电容器的比容量可达54．01F／g，并研制出容量高达1247．32F的超大容量电容器。     

Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)掺杂非晶相Ni(OH)2的结构与电化学性能

采用微乳液快速冷冻沉淀法制备Cu（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）复合掺杂的非晶相氢氧化镍。利用XRD、SEM、EDS、Raman光谱测试分析样品的结构形态,同时将其作为正极活性材料组装成MH—Ni电池,测试其电化学性能。测试结果表明,Cu（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）较好的溶于Ni（OH）2的微结构内部,样品粉体材料微粒均匀,微结构无序性强、缺陷较多。在制备体系采用在55℃、pH=11,搅拌反应2h的工艺条件下,复合掺杂比Fe为3％、Cu为5％（质量分数）所制备样品合成的电极,在80mA／g恒电流充电5h,40mA／g恒电流放电,终止电压为1．0V的充放电制度下,其首次放电比容量达353．82mAh/g,放电平台为1.268V,电极材料结构稳定,循环可逆性良好,表现出较高的电化学活性。     

复合掺杂Nd（III）和Zn（II）非晶态Ni（OH）2电极活性材料的制备及其表征

以NiSO4、ZnSO4和Nd（NO3）3为原料,采用共沉淀快速冷冻法制备出了复合掺杂稀土Nd（III）和Zn（II）的非晶态氢氧化镍粉体材料。测试发现：样品材料微结构无序性强,结晶水含量较高。将样品材料制备成镍电极并组装成MH—Ni电池,在80mA／g恒电流充电5．5h、40mA／g恒电流放电、终止电压为1．0V的充放电制度下,复合掺杂6％Nd（III）和6％Zn（II）样品材料电池的放电平台为1．2624V,放电比容量为343．12mAh／g,远高于目前应用的B-Ni（OH）2电极活性材料的放电比容量。     

电解液对超级电容器Mn_3O_4电极材料性能的影响

以应用于超级电容电极的锰氧化物材料为主要研究对象,用溶剂热法制备四氧化三锰(Mn3O4)电极材料,以X线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料性能进行了表征,采用循环伏安法、恒电流充放电法和电化学阻抗法对材料电性能进行了测试,分别以1 mol/L硫酸钠(Na2SO4)和6 mol/L氢氧化钾(KOH)为电解液研究了不同电解液对Mn3O4电极材料性能的影响.结果表明,当电流密度为0.5 A/g时,Mn3O4在KOH电解液中的比电容为48 F/g,相比在Na2SO4电解液中所得的比电容22 F/g要大.     

真空烧结制备氧化镍及其超级电容器特性的研究

以硝酸镍为原料,采用溶胶一凝胶法制备氢氧化镍,用真空烧结炉在9.5×10^-3-1.5×10^-2Pa且升温速度3℃/min条件下,于不同温度下对氢氧化镍热处理后得到氧化镍,与活性炭电极组成非对称超级电容器后,分别以不同的电流密度对超级电容器充放电测试,比较样品在200 mA/g充放电测试时的值。结果表明：在300℃真空处理所得氧化镍具有最高比电容值,达到361.92 F/g。对比研究真空烧结炉和管式电阻炉两种工艺下对电容器比电容量的影响,表明Ni（OH）2经真空烧结炉处理所得NiO的比电容均高于采用管式电阻炉处理所得NiO的比电容。因而采用真空烧结炉制备NiO是一种提高比电容的有效手段。     

金属有机框架在超级电容器中的应用

成功制备了金属有机框架M3(BTC)2·12H2O(M=Ni和Co),并将其应用于超级电容器电极材料中,通过X线衍射(XRD)表征发现,这些化合物具有同类型的结构,在6 mol/L电解液中,采用循环伏安法和1 000次充放电循环测试其电化学性能.实验表明:Ni3 (BTC)2·12H2O电极材料在扫描速率5 mV/s下,比电容达到了430 F/g;在高扫描速率200 mV/s下,比电容为154 F/g;在扫描速率5 mV/s下1 000次充放电测试其循环寿命后发现,比电容保持率为86％.     

活性炭比表面积对双电层电容特性的影响

用KOH活化活性炭作为电极材料制作双电层电容器,用接触角测定其润湿性,用恒流充放电、循环伏安等方法研究活性炭的电化学性能。结果显示,炭膜浸润时间最短约为90min,双电层电容器的比电容随比表面积增加而增大。比表面积为1932m^2·g^-1的炭样在1mol·L^-1的H2SO4电解~（677mA·g^-1）中充放电最大比电容为167F·g^-1。     

超级电容器石墨烯—活性炭复合电极材料的研究

以石墨烯—活性炭复合材料为电极制作超级电容器,采用LAND电池测试系统对样品进行电化学性能测试。通过对电容器电化学性能的测试,比较分析得出采用不同混合比例的复合材料超级电容器性能的优劣。实验结果表明:当活性炭、石墨烯、乙炔黑和PTFE乳液的比例为90∶5∶0∶5时,制得的石墨烯—活性炭复合材料表现出优于活性炭和其他比例的石墨烯—活性炭的比电容值。     

Al^（3＋）掺杂α-Ni（OH）2复合CNTs电极材料的高温性能

采用化学共沉淀法制备Al^（3＋）掺杂α-Ni（OH）2粉体,将其复合碳纳米管（CNTs）制成镍电极材料并研究其在高温下的电化学性能。结果表明：以混合CNTs（w=0.5%）的Al掺杂α-Ni（OH）2样品材料为活性物质制成镍电极,由其组装的MH-Ni电池在65℃高温环境下,采用0.2和1.0 C充放电制度的放电比容量分别为391.1和366.4 mAh·g^-1;经40次充放电循环,放电比容量衰减率分别为6.8%、11.98%,表现出较好的高温环境电化学性能。     

赝电容器用NiO复合电极的研究进展

过渡金属氧化物用作电极材料因相比碳材料有着更高的容量、更低的价格而被高度重视。其中,NiO用作赝电容器电极因具备超高的理论比容量(2 573 F/g)被广泛关注,但它存在导电性较差、实际比容量低等缺点。因此,介绍了在NiO电极中掺杂其他过渡金属制备成多元复合电极、结构纳米化、添加导电物质等方法来解决以上问题,综述了目前NiO复合电极在赝电容器中的研究进展。     

β-Ni(OH)2/C混合超级电容的电极行为

分别利用β-Ni(OH)2和活性炭为正、负极活性物质，通过循环伏安和双电极恒流充放电测试考察了镍正极与碳负极组合成混合超级电容电极在KOH电解液中的电极行为，结果表明，镍正极的法拉第电化学反应过程和碳负极非法拉第双电层过程可以很好的结合起来，体现出超级电容的充放特性，对于碳电极对，由于正极容量的限制，使得工作电压仅为1V左右，双电极比容量为39．6F/g，而镍正极／碳负极组合工作电压可高达1．5V，双电极比容量能达到90．7F/g，在相同电流下进行放电，镍／碳电极对功率密度可达到碳电极对的2－3倍，能量密度可高达10倍。     

高能球磨制备Al／MnO2超级电容器材料及其性能

采用高能球磨法制备了Al／MnO2超级电容器电极材料;运用X射线衍射和扫描电镜对Al／MnO2进行了物相分析和形貌观察。结果表明,所得球磨粉体为纯MnO2物相,Al的加入未明显改变MnO2衍射图样。以Al／MnO2为超级电容器电极材料进行电化学性能测试,不同含量配比的Al／MnO2电极材料的比电容在初始几个电化学循环中均有明显下降,但其比电容均大于未添加Al的MnO2电极;Al添加量为Al0.05／Mn0.95O2时,电极的电化学性能最好。Al／MnO2电极材料电化学性能提高的原因可能是由于Al的加入改善了Al／MnO2电极体系的导电性能,从而有利于电极氧化还原反应的进行。     

高温固相法制备LiFePO4／C正极材料及其性能研究

以Fe2O3,LiH2PO4,乙炔黑和蔗糖为原料,采用高温固相合成方法制备LiFePO4／C复合正极材料。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和电化学测试等方法对合成材料的结构、形貌以及电化学性能进行表征。结果表明,合成材料为单一晶相正交晶系结构,在电压为2．50～4．20V（vs．Li^＋／Li）,以0．1mA／cm^2电流密度下经恒电流充放电测试,其首次放电比容量为156．3mAh／g,经过30周充放电循环后放电比容量为157．7mAh／g,表现出较大的初始放电比容量和优异的循环性能。