一种新型氧化还原活性凝胶电解质在超级电容器中的应用

以2-巯基吡啶(PySH)为氧化还原活性介质,以聚乙烯醇(PVA)为聚合物基体,采用溶液共混法制备了PVA-H2SO4-PySH凝胶电解质,研究了PySH添加量对凝胶电解质离子电导率的影响,并组装了活性炭电极超级电容器,利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗谱和自放电等测试对超级电容器电化学性能进行了表征。结果表明,PySH的引入提高了凝胶电解质的离子电导率,同时也改善了超级电容器的电化学性能,在相同电流密度下,超级电容器电极比电容由137F/g提高为394F/g,能量密度由3.6Wh/kg提高到12.4Wh/kg,经过3000次充放电循环后比电容保持率为89%。     

凝胶聚合物电解质组装聚3,4-乙烯二氧噻吩固态超级电容器

以聚3,4-乙烯二氧噻吩/碳纸(PEDOT/CP)为电极,聚乙烯醇/硫酸/碘化钾(PVA/H_2SO_4/KI)凝胶为聚合物电解质,组装成PEDOT固态超级电容器。采用循环伏安法(CV)、恒电流充电/放电技术(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)技术研究了电解质中PVA浓度对超级电容器电化学性能的影响。结果表明,以浓度为10%的PVA溶液所组装的固态电容器在1 mA/cm~2放电电流下有较高的比电容(352.59 F/g),能量密度和功率密度分别为451.32 Wh/kg,13.29 kW/kg。凝胶聚合物电解质因兼具了液体电解质优良的电导率和固态电解质易于封装、无泄漏等优点,所以在电源备用系统、电动汽车、医疗电子器械及军工设备等领域中具有良好的应用前景。     

MnO_2/TiO_2复合物电极的制备及超级电容性能

采用水热法在阳极氧化的TiO_2纳米管阵列上修饰MnO_2,制备MnO_2/TiO_2复合物电极,并组装为对称超级电容器。利用FESEM、TEM、XPS和电化学工作站对样品的表面形貌、元素价态和电化学性能进行表征。结果表明:MnO_2以纳米颗粒形态均匀分布在TiO_2纳米管阵列管口和内部,充放电电流密度在1A/g下时,比电容为429.3F/g,经5 000次循环后的电容保持率为82.4%。MnO_2/TiO_2对称超级电容器在电流密度5A/g下充放电比电容为39.9F/g,经5 000次循环后的电容保持率为91.5%;功率密度400 W/kg下,能量密度为18.98 Wh/kg。阳极氧化的TiO_2纳米管阵列既可做MnO_2的载体,基底Ti又可做集流体,减轻了超级电容器的质量,为制备超级电容器提供了一种思路。     

基于TEABF4/PAN-b-PEG-b-PAN柔性超级电容器的性能研究

采用溶液浇注法,以丙烯腈(AN)和聚乙二醇(PEG)制备了聚丙烯腈(PAN)-b-聚乙二醇-b-聚丙烯腈三嵌段共聚物(PAN-b-PEG-b-PAN),以其作为聚合物基体,以四乙基四氟硼酸铵(TEABF_4)为电解质盐,采用二甲基甲酰胺(DMF)作为增塑剂,制备了TEABF_4/PAN-b-PEG-b-PAN凝胶聚合物电解质。以活性炭作为电极制备柔性超级电容器,通过形貌表征和电化学性能测试探究TEABF_4与PAN-b-PEG-b-PAN的最佳质量配比。结果表明:当TEABF_4与PAN-b-PEG-b-PAN质量比为0.5时其性能最佳,电导率可达5.2×10-2S/cm、比电容为96.18F/g、能量密度为90.30Wh/Kg,5000次循环电容保持率为89%。     

基于POSS-SH模板硅酸钴复合材料的制备、结构及电化学性能研究

在众多能量存储和转化器件中,超级电容器由于具有功率密度高、充放电迅速和优异的循环性能的优点而被广泛研究。然而,较低的比容量和能量密度,限制了超级电容作为大尺度能量存储和转化器件的广泛应用。为了提高超级电容器的比容量,需要增大电极材料和电解质的接触面积,进而促进电极材料获取/释放电解质中的离子。此外,增加电极材料电化学性能的另一种有效途径为引入S、N等非金属原子掺杂。该种方法可以改善材料的电子特性从而改善电化学性能。在此,采用具有致孔剂和S掺杂功能的巯基-POSS作为模板,通过简单的溶剂热法联合高温煅烧实验方案,实现了均匀介孔的S掺杂Co_2SiO_4纳米结构材料(S-Co_2SiO_4),S-Co_2SiO_4的比表面积高达143.58 m~2/g。比容量在电流密度为1 A/g时比电容达到1 125.3 F/g,且有着较好的倍率性能,在电流密度从1 A/g增大到9 A/g时,初始电容保留值达73.9%。     

大豆分离蛋白膜基中性水相超级电容器的构筑EI北大核心CSCD

以三乙醇胺(TEA)为增塑剂,制备了一系列不同TEA含量的大豆分离蛋白(SPI)薄膜,并以改性SPI膜和商业膜为隔膜,以活性炭为电极材料,结合硫酸锂电解质,构筑了超级电容器单体器件,系统研究了各超级电容器的性能。研究结果表明,由改性SPI膜组装的超级电容器的电位窗口能够达到1.5V,且表现出优异的双电层电容特性。改性膜SPI/TEA-1.6组装的超级电容器EDLC-1.6有最高的单电极比电容,在1.0A/g电流密度下为113.44F/g,能量密度高达8.86(W·h)/kg,功率密度为7.84×10~2 W/kg,其电化学性能远优于由商业膜组装的超级电容器,且改性SPI薄膜具有良好的热稳定性及较好的离子传导性能。     

组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶的制备及超级电容器性能

通过一步水热法制备组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶(His-CDs/GA)。该材料具有独特的三维多孔结构、丰富的含氮和含氧官能团, 有利于电解液离子的快速扩散和提供更多的活性位点。当GO与His-CDs的质量比为2 : 1时, His-CDs/GA-2在1 A·g ^-1电流密度下比电容达到304 F·g ^{- 1}, 比GA(172 F·g ^-1)提高了76.7%; 当电流密度从1 A·g ^-1增加到50 A·g ^-1, 其比电容保持率为71.4%; 在电流密度10 A·g ^-1下, 循环充放电30000次后, 比电容仍保留93.5%。由His-CDs/GA组装的对称超级电容器展现出高能量密度(在功率密度为250 W/kg时, 能量密度达到10.14 Wh/kg)和良好的循环性能(在5 A·g ^-1下循环充放电20000次后, 比电容保持率为88.4%)。结果表明, His-CDs/GA是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。     

丝瓜络基3D多级孔结构掺氮活性炭的制备及储能特性

丝瓜络具有立体管束状结构,在制备生物质基三维(3D)多孔炭材料方面具有独特优势。以丝瓜络为原料,聚磷酸铵为活化剂、形貌保护剂和氮掺杂源,确立了制备丝瓜络基3D多孔炭材料的优化工艺条件。实验结果表明,经过预炭化处理所制得的样品CAC-1-550,比表面积为738 m2/g,总孔容为0.43 cm³/g,较一步炭化活化法所制样品AC-1-550均有明显提高。电化学测试结果表明,在电流密度为0.5 A/g时,CAC-1-550的比电容可达260 F/g,且经6 000次的循环充放电后,电容保持率为116%,循环稳定性能优良。在功率密度为1 674 W/kg时,最高能量密度为37.2 Wh/kg,优于绝大多数文献中所报道的超级电容器炭电极材料。当功率密度大幅增加到33.5 kW/kg时,能量密度仍达9.3 Wh/kg,CAC-1-550展现出良好的电化学性能,并显示出作为超级电容器的电极材料具有很大的应用潜力。     

炭气凝胶为电极的超级电容器的研究

采用低分子线性酚醛树脂-糠醛为原料通过溶液．溶胶-凝胶途径成功合成了炭气凝胶．探讨了结构对电化学性能的影响。采用直流循环法测定炭气凝胶为电极的超级电容器的电化学性能,结果表明,炭气凝胶电极在0．5mA充放电时电极的比电容为121F／g．充放电效率为95％．具有性能稳定、充放电效率高等优良性能。     

基于纸纤维/晶须状碳纳米管/活性炭三元无金属集流体复合纸电极的柔性超级电容器

以纸纤维(PF)为基体,晶须状碳纳米管(WCNT)和活性炭(AC)为功能添加物,采用真空抽滤法制成PF/WCNT/AC三元无金属集流体复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼(Raman)光谱仪对其进行表征和分析,采用两电极测试体系对组装的超级电容器性能进行测试。结果表明,与涂布法所得的铝箔集流体(Al/WCNT/AC)电极相比,由PF/WCNT/AC三元复合电极组装的超级电容器比电容大幅提高,并展现出良好的充放电性能。在1mV/s的扫描速率下比电容达325F/g,几乎是Al/WCNT/AC超级电容器(108.7F/g)的3倍。PF/WCNT/AC超级电容器在0.4A/g电流密度下的比电容为95F/g,在3.2A/g电流密度下的比能量与比功率分别为36.76 Wh/kg、5.52kW/kg。     

三维结构聚丙烯酰胺/聚乙烯醇水凝胶的合成及其在超级电容器中的应用

分别以过硫酸铵(APS)和N-N二甲基双丙烯酰胺(NMBA)作为引发剂和交联剂引发交联具有三维网络结构的聚丙烯酰胺/聚乙烯醇(PAM-PVA)水凝胶,将该水凝胶浸泡在6mol/L的KOH溶液中不同时间,制备凝胶聚合物电解质,并组装成双电层超级电容器。采用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学测试技术对组装的超级电容器进行全面的性能研究,采用蓝电监测系统测试组装的超级电容器的稳定性。结果表明,以2.0g聚乙烯醇和10.0g丙烯酰胺反应制得的凝胶基体在吸收72h电解质溶液后组装的超级电容器性能最优,其比电容可达230F·g~(-1),5 000次充放电之后其循环保持率仍高达98%。     

磷酸根掺杂MnFe2O4及其赝电容特性

采用水热法先合成MnFe₂O₄(MFO), 然后通过与PH₃反应制备了磷酸根离子掺杂的MnFe₂O₄(PMFO), 以提高它的电化学性能。研究结果表明, 磷酸根掺杂不仅增大了MnFe₂O₄的比表面积, 也增加了材料的电导性。在1 A/g电流密度下, PMFO比容量为750 F/g, 与MFO相比, 比电容提高了近70%, 同时循环稳定性也得到了极大改善。以PMFO为正极、活性碳为负极的非对称超级电容器(ASCs), 在功率密度为2.7 kW/kg时, 能量密度达到168.8 Wh/kg。因此, PMFO是有极大应用前景的超级电容器电极材料。     

多级孔碳材料的制备及其超级电容器性能研究

超级电容器因其容量大、充放电速度快、循环寿命长、功率密度高、环境污染小以及工作温度范围宽等优点而被广泛关注,可应用于存储再生能量、备用电池和替代电源等众多场景,展现出巨大的应用价值和市场潜力。然而,现有超级电容器较低的能量密度限制了其应用前景,为此研究者们提出了优化电极材料以提高其能量密度的方案。基于此,该研究以生物质——塌地松为碳源,通过高温碳化和氢氧化钾活化制备出性能优异的多级孔碳材料,性能测试证实该材料具有优异的电化学性能（电容：532.0 F/g,能量密度：12.5 Wh/kg,功率密度：5 245.6 W/kg）。研究结果表明,高比表面积（3 948.6 m²/g）、多级孔结构、均匀孔径分布及杂原子掺杂有利于提高碳材料的比电容,为超级电容器电极材料的选择和制备提供了技术指导。     

基于阻燃离子凝胶电解质的高安全性柔性超级电容器（英文）

在传统的超级电容器中,有机电解质的存在导致其安全性和灵活性能差,限制了超级电容器的发展和应用.因此,我们开发了一种简易制备的具有强阻燃性、热稳定性、灵活性和电化学特性的离子凝胶超级电容器.具体来说,通过在电极上使用离子凝胶电解质的原位交联,获得了具有优良性能的离子凝胶超级电容器.在离子凝胶电解质中引入大量含醚的柔性链段后,其室温电导率可以高达6.5×10^-3 10^-3Scm^-1.同时,原位交联的制备方法使电解质和电极之间具有紧密的界面接触.由于该离子凝胶电解质具有紧密的电极/电解质界面接触和良好的机械特性,使其在弯曲时保持了稳定的电化学性能.此外,在交联的电解质中加入二氮杂萘结构为离子凝胶电解质提供了良好的阻燃性和热稳定性,使其能够在150℃下保持30分钟的尺寸稳定性.使用离子凝胶电解质制备的超级电容器的比容量为105F g^-1,能量密度为41.6 W h kg^-1.这项工作为制备和优化离子凝胶交联电解质提供了一种实用方法和新的见解.     

大豆分离蛋白膜基中性水相超级电容器的构筑

以三乙醇胺(TEA)为增塑剂,制备了一系列不同TEA含量的大豆分离蛋白(SPI)薄膜,并以改性SPI膜和商业膜为隔膜,以活性炭为电极材料,结合硫酸锂电解质,构筑了超级电容器单体器件,系统研究了各超级电容器的性能。研究结果表明,由改性SPI膜组装的超级电容器的电位窗口能够达到1.5V,且表现出优异的双电层电容特性。改性膜SPI/TEA-1.6组装的超级电容器EDLC-1.6有最高的单电极比电容,在1.0A/g电流密度下为113.44F/g,能量密度高达8.86(W·h)/kg,功率密度为7.84×10~2 W/kg,其电化学性能远优于由商业膜组装的超级电容器,且改性SPI薄膜具有良好的热稳定性及较好的离子传导性能。     

氧化物／活性炭复合电极材料的研究

用醋酸锰和高锰酸钾制备二氧化锰粉末；用氯化钌和氢氧化钠制备水合二氧化钌粉末。以二氧化钌和二氧化锰作为电极材料的活性物质，以活性碳粉末为电极的基础原料制备复合电极，并组装超级电容器单元。用x射线衍射仪和扫描电镜对电极材料进行表征，可得复合电极具有明显的电容特征。在浓度为38％的硫酸电解质溶液中，对复合电极进行电化学性能测试，循环伏安曲线、充放电曲线和交流阻抗特性显示了复合电极材料具有良好的电化学性能。碳，锰复合电极的比容量为128F／g，碳/锰/钌复合电极的比容量为266F/g。当二氧化钌和二氧化锰在电极中质量比各占20％时，更能发挥活性物质的作用，由该电极材料组成的超级电容器具有理想的电容特性。     

Co-Fe普鲁士蓝/多壁碳纳米管复合材料的超电容性能

Co-Fe普鲁士蓝(CoPBA)是目前被广泛研究的超级电容器正极材料,其比电容高循环性能好,但低导电性和较差的倍率性能限制了其在超级电容器中的应用。为了提高CoPBA的导电性和电化学性能,本文以Co-glycerate为前驱体,采用牺牲模板法制备了Co-Fe普鲁士蓝/多壁碳纳米管(CoPBA/MWCNT)复合材料,利用XRD、SEM和FTIR等对复合材料的结构和形貌进行表征,使用电化学工作站在三电极体系和非对称超级电容器中测定了复合材料的电化学性能。实验结果表明：采用牺牲模板法成功合成出形貌较好的球状复合材料,以中性溶液Na₂SO₄为电解液,测得在1 A/g的电流密度下复合材料的质量比电容达到391.5 F/g。在10 A/g的高电流密度下比电容达到312.6 F/g,为1 A/g时的79.8%。利用软件模拟得出电荷转移电阻由3.9Ω降低到1.1Ω。以CoPBA/MWCNT为正极,以活性炭为负极制成非对称电容器,在功率密度为1 092 W/kg时能量密度可达39.5 Wh/kg, 5 000次循环后容量保持率为85.2%。采用牺牲模板法制备的...     

碳纳米管在HQ/H_2SO_4电解质体系中的超级电容器性能研究

以自组装法合成的聚苯胺为前驱体,将其碳化活化后得到活性碳纳米管,分别研究了活性碳纳米管在H2SO4和氢醌(hydroquinone,HQ)/H2SO4电解质溶液里的超级电容器性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和比表面及孔径分析等方法对材料的形貌和孔径分布进行表征。采用循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗法分别研究了超级电容器在1mol/L H2SO4、0.4mol/L HQ/H2SO4电解质溶液中的电化学性能。在扫描速率为2mV/s时,碳纳米管电极在H2SO4和HQ/H2SO4电解液中的比电容分别为188和380F/g。研究表明,在HQ/H2SO4电解质溶液中可以为超级电容器提供氧化还原赝电容,其比电容量提高了192F/g。     

超级电容器用石墨烯极片的制备和性能

以石墨粉为原料,通过简便的氧化还原法制备了石墨烯。将石墨烯极片在有机电解液体系中组装成超级电容器。利用XRD、SEM对制备的石墨烯电极进行物相和形貌分析。采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对所制备超级电容器的电容性能进行了研究。结果表明,石墨烯电极超级电容器比天然石墨制备的超级电容器的比电容有了明显的提高;在电流密度为200mA/g,电压区间为1.25~2.5V下循环888次后比电容保持在45.5F/g,容量保持率在85.5%,表明石墨烯材料制备的电容器具有较好的充放电循环性能。     

超级电容器用石墨烯极片的制备和性能

以石墨粉为原料,通过简便的氧化还原法制备了石墨烯。将石墨烯极片在有机电解液体系中组装成超级电容器。利用XRD、SEM对制备的石墨烯电极进行物相和形貌分析。采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对所制备超级电容器的电容性能进行了研究。结果表明,石墨烯电极超级电容器比天然石墨制备的超级电容器的比电容有了明显的提高;在电流密度为200mA/g,电压区间为1.25~2.5V下循环888次后比电容保持在45.5F/g,容量保持率在85.5%,表明石墨烯材料制备的电容器具有较好的充放电循环性能。