表面化学反应控制制备多级结构电极材料及性能

超级电容器和锂离子电池等储能设备的研究和开发日益受到人们的关注。对于超级电容器和锂离子电池等储能设备,其电化学性能主要取决于电极材料,因此高效储能材料的制备成为开发高效储能设备的关键。本文主要介绍了多级结构过渡金属氧化物基电极材料的制备及性能,重点阐述了本实验室近年来在研制高性能超级电容器和锂离子电池方面的相关工作:基于表面化学反应控制制备多级结构金属氧化物、金属氢氧化物/碳嵌入式纳米杂化物以及多种三维结构的多元复合电极材料,表现出优异的电化学性能。     

MnO2基超级电容器电极材料

超级电容器作为一种新型的储能装置,具有长寿命、高功率等特点,在诸多领域内有广泛的应用前景。在影响超级电容器性能的所有因素中,电极材料的性能起着决定性的作用。二氧化锰(MnO₂)具有原料易得,价格低廉,来源广泛,环境友好等优点。综述了MnO₂超级电容器电极材料的储能机理,纳米MnO₂的微观结构与电化学特性之间的关系,并从纳米MnO₂的制备及其综合改性角度,综述其合成、掺杂改性、复合方法在MnO₂基电极材料的新进展,指出了MnO₂基超级电容器电极材料的主要研究方向。     

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。     

NiCo2O4/炭黑@纳米炭纤维自支撑复合电极制备与电容性能研究北大核心

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(NiCo2O4)纳米线,进一步热处理制备了NiCo2O4/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NiCo2O4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NiCo2O4/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。     

CNTs基柔性和可拉伸超级电容器的研究进展

从超级电容器的储能机理和柔性电子的研究出发,综述了基于碳纳米管(CNTs)及其复合材料的柔性和可拉伸超级电容器的研究现状。总结了近年来在开发柔性和可拉伸超级电容器领域中对CNTs直接电极材料,CNTs与过渡金属氧化物或导电聚合物复合电极材料,CNTs与石墨烯复合电极材料研究的进展。     

基于Co_3O_4/C复合水凝胶的全固态柔性超级电容器的研究

以沸石咪唑骨架-67(ZIF-67)为前驱体,采用两步煅烧法制备了四氧化三钴/碳(Co_3O_4/C)纳米复合材料。利用自由基聚合法合成了Co_3O_4/C-聚丙烯酰胺水凝胶,进一步在水凝胶框架中原位聚合电化学活性聚吡咯颗粒,制备具有优异机械性能的柔性复合电极材料。在此基础上,将该柔性电极材料和水凝胶电解质组装成全固态柔性超级电容器;实验结果表明,Co_3O_4/C纳米材料与导电聚合物复合电极材料具有优异的超级电容器性能。通过恒流充放电曲线计算得到该器件具有197.83 m F/cm~2的面电容。在电化学循环10 000圈后该器件的容量仅下降9%,展示了其优异的循环稳定性;此外,该电容器具有的优异机械柔性,使其有望应用于未来柔性电子器件。     

g-C3N4基超级电容器用电极材料的研究进展

超级电容器由于具有功率密度大、储放电速度快、循环寿命长等优点受到储能领域的极大关注，电极材料是其性能优劣的关键所在。而具有较高含氮量、活性位点多且形貌与稳定性良好的g-C₃N₄作为一种优秀的超级电容器电极材料受到研究者的青睐。本文综述了g-C₃N₄基超级电容器的结构特征以及储能机理，重点阐述了g-C₃N₄基复合材料的性能提升策略，最后梳理了g-C₃N₄基超级电容器电极材料的性能提升研究进展，明确了g-C₃N₄基复合材料具有优秀的超级电容器电极材料应用前景。     

单金属氧化物电极研究现状

超级电容器,一种新型储能装置,具有功率密度高、循环寿命长、温限宽等优点。电极材料是影响超级电容器性能的重要因素,单金属氧化物电极因其理论比容量高、化学稳定性好、成本低等优点被广泛研究用于超级电容器。为获得电化学性能优良的单金属氧化物电极,目前最好的解决方案是使用不同的方法改善单金属氧化物形貌。本文介绍了单金属氧化物材料作为超级电容器电极材料的合成方法和近年来的研究现状。     

钴酸镍基纳米材料在超级电容器中的研究进展

电极材料是决定超级电容器性能的关键因素。钴酸镍纳米材料因其合成简单,价格低廉,储量丰富且理论比电容较高等优点,成为超级电容器电极材料的研究热点。但钴酸镍纳米材料导电率较低、比表面积较小且电化学稳定性较差等缺点严重影响了其实际应用。本文简单介绍了钴酸镍纳米材料的晶体结构以及其作为超级电容器电极材料时的储能机理,同时结合一些示例归纳总结了钴酸镍基纳米材料的制备方法以及钴酸镍纳米材料的改性研究现状,包括形貌改性、复合改性及引入缺陷。最后指出,钴酸镍基纳米材料的环保且高效的制备方法,通过掺杂或缺陷等方法改善其电化学性能,增大其工作电压窗口以及探索适用于钴酸镍基超级电容器工作的电解液,将是未来研究的重点。     

基于导电聚合物柔性超级电容器电极材料的研究进展

柔性超级电容器具有灵活性高、充放电速度快、功率密度大、绿色环保、安全性高、成本低等优越性能,在可穿戴电子设备领域具有重要的应用价值。纯导电聚合物电极材料的循环稳定性和电化学性能有限,而导电聚合物复合其他导电材料形成的复合电极能改善其循环稳定性和电化学性能。根据近年来不同导电聚合物基柔性超级电容器电极材料的研究进展,介绍了以导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩)基复合材料作为柔性超级电容器电极材料的制备及其性能研究。     

Ni(OH)2与不同碳质材料复合制备超级电容器电极材料研究进展

超级电容器具有功率密度大、寿命长、生产成本低等优点,被认为是最有发展前途的储能系统之一。然而,超级电容器的低能量密度阻碍了其实际应用。由于存储的能量与CV2成正比,可以通过增加材料的电容"C"或操作电压窗口"V"或两者同时增加来提高超级电容器的能量密度。然而具有宽电位窗口的有机电解质离子往往电导率差,成本高,容易引起环境问题。因此为改善能量密度,应采用高比电容的电极材料,故而设计出具有高比电容的适合电极材料就成为研究热点。Ni(OH)2作为超级电容器电极材料,具有理论容量大、成本低、天然丰富、易于合成等优点,近年来备受关注。但由于Ni(OH)2导电率低、比表面积小,其容量劣化严重。碳质材料作为双电层超级电容器的电极材料,其能量存储机制取决于电极表面的电解质离子吸附和解离,具有导电率好、原料丰富、成本较低、电化学稳定性高等优点而应用广泛。因此,有必要将高导电碳质材料引入Ni(OH)2组成复合材料以提高电容性能。笔者综述了Ni(OH)2基材料的合成方法,特别是与碳质材料复合来提高Ni(OH)2基材料的循环稳定性和倍率性能方面的研究新进展。     

黑磷制备磷化镍复合材料及高性能超级电容器应用

黑磷(BP)纳米片在超级电容器电极材料上有潜在的应用前景，然而纯黑磷超级电容器的储能能力不能令人满意。磷化镍(Ni₂P)可以提高黑磷超级电容器的储能性能，但其制备相对困难且容易发生团聚。为了解决这些问题，通过溶剂热法一步在BP表面生长出分散均匀的磷化镍，合成Ni₂P/BP异质结。结果表明，Ni₂P/BP超级电容器的比电容高度依赖于镍的质量浓度及黑磷的形貌。随着合成温度的升高，镍的质量浓度逐渐增加，但黑磷纳米片破碎逐渐严重，导致超级电容器性能出现振荡效应。当Ni₂P/BP的合成温度为100℃时，Ni₂P/BP超级电容器的比电容达到最大，约为纯BP超级电容器的3倍以上。     

双碳基电极锂离子电容器的研究进展

锂离子电容器结合了锂离子电池和超级电容器的优点，可用于新能源储能等领域。双碳基电极锂离子电容器是现阶段的主要研究方向之一，其正负极均采用碳基电极材料，利用不同碳基材料的储能优势，不仅具有资源丰富、原料环保及安全性高的优点，而且具有优越的电化学性能。首先介绍了不同双碳基电极锂离子电容器的储能机理，并进一步阐述了各种碳基正极和负极材料的性能特点、改进方向和研究现状，最后展望了未来的研究方向及可行方案。     

超级电容器炭基电极材料研究进展

电极是超级电容器的关键部件，电极材料的性能对电容器的电容特性起着关键作用。本文综述了超级电容器的各种炭基电极材料的研究现状以及其发展趋势，通过对各种炭材料的改性和炭材料复合能有效的提高电容器的电容特性。     

金属化合物超级电容器电极材料研究现状

超级电容器是相比于锂离子电池等传统电池更具有优势的电容技术。电极材料是超级电容器中最重要的组成部分，它决定了超级电容器的性能，故在研究时引起了学者们的高度关注。由于电极材料的不同，在储能机理上具有不同的性质与差别。金属化合物作为电极材料中理论比电容优良的材料，具有很高的研究价值。着重围绕金属氧化物、金属硫化物以及金属氢氧化物3个方面分析，对当前金属化合物作为超级电容器电极材料发展方向和相应的研究进展进行归纳，目的是对金属化合物作超级电容器电极材料方面的优劣势进行一定的认识，从而在其发展研究上提供一些参考。     

金属-有机框架在离子电容器中的应用与研究

离子电容器作为一种新型储能器件,其兼具了超级电容器的大功率密度与电池的高能量密度的特性,在便携式电子产品和混合动力电动汽车等储能领域中有着广泛的应用前景.作为离子电容器的核心组件,其电极材料的性能直接决定了整个器件的性能.因此,为进一步推动离子电容器的发展,开发出性能优异的电极材料势在必行.其中,金属-有机框架材料(M...     

石墨烯基超级电容器电极材料的制备及研究进展

超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件,兼具两者的优点,如功率密度高、能量转换效率高、循环寿命长、可快速充放电和对环境无污染等特性。而作为超级电容器的关键部分,电极材料在很大程度上制约着其电化学性能,所以电极材料的优化一直是超级电容器研究的重点。石墨烯由于其拥有独特的二维结构和杰出的物理性质,如高导电率、比表面积大等,所以与传统的超级电容器电极材料相比,石墨烯基材料展现出了巨大的应用潜力。     

高性能碳基储能材料的设计、合成与应用

电化学储能器件的性能很大程度上决定于其电极材料。碳材料具有来源广泛、化学稳定性好、易于调控、环境友好等优点,被广泛应用于各类能量存储系统,但仍存在能量密度低、倍率性能差等问题。本文从碳材料孔结构调控、杂原子掺杂、与金属氧化物复合三个角度,综述了构建高性能碳基储能材料的设计合成策略,介绍了其在锂/钠离子二次电池、超级电容器等领域的研究进展,对几种方法策略的优缺点进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。本文对高性能碳基储能电极材料的设计开发具有积极意义。     

超级电容器活性炭材料改性的研究进展

超级电容器作为一种新型的储能装置得到了人们极大的关注。其电极材料从某种程度上决定了超级电容器性能的好坏。活性炭材料具有比电容较高,原料丰富,价格便宜,循环寿命较长以及稳定性高等特点。本文主要阐述了近年来超级电容器活性炭材料的改性研究进展。     

超级电容器碳纳米管与二氧化锰复合电极材料的研究

以碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)为基体材料,采用浓硝酸和浓硫酸的混合液对其进行回流,将CNTs的端帽打开并进行表面改性,通过液相反应在经过回流处理的CNTs上沉积MnO2,制备CNTs／MnO2复合电极材料。利用透射电镜、红外光谱、循环伏安和恒流充放电测试对复合电极材料进行分析,研究MnO2沉积和回流处理对CNTs超级电容器性能的影响。结果表明：基于CNTs／MnO2复合电极材料的超级电容器具有比容高、能量密度高、可逆性好和寿命长等特点。MnO2的质量分数(下同)为65％时,其比容可达134 F／g;MnO2不超过50％时,电容器保持良好的功率特性。通过回流处理不仅产生了大量的电活性官能团,而且CNTs的内表面也被充分利用而形成双电层。