CuGeO3/泡沫镍负极材料的制备及其电化学性能

采用原位生长法,在泡沫镍（nickel foam,NF）基底上制备具有三维互连结构的CuGeO₃纳米片,直接将CuGeO₃/NF电极材料用作锂离子电池电极,省去了涂覆法制备粉末电极所需的高分子黏结剂。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜和透射电镜分析了电极材料的结构和形貌,测试了CuGeO₃/NF和CuGeO₃两种负极材料的电化学性能。结果表明,与传统涂覆法制备的CuGeO₃粉末电极相比,CuGeO₃/NF无黏结剂型电极具有更好的循环性能和倍率性能。在0.2A/g电流密度下500次循环后,可逆比容量为972mA·h/g,容量保持率94.1%;在电流密度为1A/g时,可逆比容量为578mA·h/g,电流密度恢复至0.1A/g时,可逆比容量升高至936mA·h/g。CuGeO₃/NF电极材料良好的电化学性能归因于泡沫镍的三维导电网络结构。此外,泡沫镍负载CuGeO₃纳米片加快了嵌锂/脱锂过程中电子和离子的传输,缓解了活性物质的体积膨胀。     

基于碳布复合三维阵列VOx纳米片的构筑及其电容性能的研究

以柔性碳布(CC)作为基底,通过水热法制备VO_x/CC纳米材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、循环伏安法(CV)、恒电流充放电法(GCD)和电化学交流阻抗法(EIS)等表征手段和电化学测试技术对材料的形貌、组成和电容性能进行分析。实验结果表明,当电流密度为10mA/cm²时,纳米片状VO_x/CC电极仍保持531.5mF/cm²较高的面积比电容。交流阻抗测试表明溶液阻抗与传荷阻抗都明显减小,说明VO_x具有良好的导电性并有利于传质扩散。     

基于阴离子交换反应的NiMn-LDH电极电容性能提升研究

采用一步水热法在泡沫镍网上原位生长镍锰基层状双氢氧化物（NiMn-LDH）纳米片阵列电极,并通过氢氧化钾溶液中浸泡的方式提升电极的容量。采用SEM、XRD、TEM和XPS等手段对浸泡前后的电极材料进行表征。结果表明,在浸泡前后NiMn-LDH电极的形貌没有变化,但在电极材料内部发生了明显的CO₃^2-和OH^-的交换反应,降低体积较大的CO₃^2-在LDH层间的分布数量,使层内空间成为OH^-的“蓄水池”,缩短了电荷存储过程中OH^-的迁移距离,因此电容性能有了明显提升。电化学测试结果表明,在5 mA/cm²电流密度下,电极的比电容从18.0 F/g增加至766.6 F/g（1.69 F/cm²）。将该电极与活性炭组装的全固态不对称超级电容器在功率密度为900 W/kg时,可呈现的能量密度为35.9 W·h/kg,并且器件的循环稳定性良好。     

氧化镍/碳纳米管构筑准固态不对称超级电容器及电化学性能

以Ni(NO₃)₂为原料、NaOH为沉淀剂和羟基化碳纳米管（CNT）为基质首先制备了Ni(OH)₂/CNT复合材料, 然后将其于一定温度下煅烧,使其转变为NiO/CNT复合材料。用X射线粉末衍射仪（XRD）、场发射电子显微镜（FESEM）和透射电子显微镜（TEM）表征了样品的晶相与形貌,结果表明NiO纳米粒子紧密锚附在碳纳米管表面。复合材料可能的形成机理被提出。采用循环伏安法（CV）、单电极充放电和电化学阻抗研究了反应条件对其电化学性能的影响,确定最佳制备条件。将复合材料正极、活性炭负极和PVA-KOH电解质膜组装成准固态不对称超级电容器,电化学性能测试结果表明,在充放电电流密度11.2mA/cm²下,其比电容达到868.0F/g并保持稳定循环3700圈。7500次循环后,其比电容值仍有564.2F/g,显示出高的比电容和长的循环稳定性。     

卤离子调控的镍钴基电极材料生长及电容影响研究

超级电容器是很有发展潜力的电化学储能器件,其性能主要取决于电极材料。利用水热法,通过改变加入的卤离子（F^-、Cl^-、Br^-）种类,可以简便地对镍钴（NiCo）基超级电容器电极材料的形貌、物相以及化学组成进行调控。由X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等表征结果可知,F^- 诱导生成纳米片支撑纳米线阵列,成分为稳定的NiCo LDH结构;Cl^-/Br^- 诱导生成纳米线,成分为碱式碳酸钴。从电化学测试结果可知,形貌和晶型对电化学性能有显著的影响。其中Cl^- 调控的电极在120 ℃下反应3 h时,其形貌为纳米线,晶型偏向无定形,此时性能最优;在2 mA/cm²电流密度下不仅具有最大的面积比电容2 940 mF/cm²,且该电极与负极活性炭组装的器件具有1.8 V的大电压窗口和优异的循环稳定性。     

柔性Yb(OH)3@Ni(OH)2/CC纳米复合电极材料的制备及性能研究

以柔性碳纤维(CC)作为基底材料,分别采用化学镀镍、电化学氧化和电化学沉积的方法制备出Yb(OH)₃复合Ni(OH)₂碳纤维纳米电极材料(Yb(OH)₃@Ni(OH)₂/CC)。以X射线衍射仪(XRD)测试材料的结构和组成成分;利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对材料的微观形貌进行表征;利用线性循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)、恒流充放电法(GCD)对材料的电化学性能进行测试研究。实验结果表明,当电流密度为10mA/cm²时,该复合材料的面积比电容高达1216mF/cm²;循环充放电1000次后的容量保持率为90%,比Ni(OH)₂/CC材料的容量保持率提高14%。     

纳米颗粒组装三维Co3O4微米花材料制备及储锂性能研究

通过软模板法(表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)结合后续空气气氛热处理制备出纳米颗粒组装三维Co₃O₄微米花负极材料。研究中采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试以及交流阻抗测试(EIS)对合成样品进行表征分析。研究结果显示,Co₃O₄微米花材料独特的结构优势赋予其优良的电化学性能,在100 mA·g^-1电流密度下电极具备约920 mA·h·g^-1的循环可逆比容量;在500 mA·g^-1电流密度下循环200次后的循环可逆比容量为757 mA·h·g^-1,容量几乎无衰减。大电流循环性能测试显示,所制备电极即使在2 A·g^-1电流密度下依旧具有476 mA·h·g^-1的循环可逆比容量。简易、有效且低成本化的高性能微米花结构过渡金属氧化物负极材料制备工艺将大大加速转换型电极材料的实际有效应用。     

自支撑石墨烯/二氧化锰/泡沫镍复合材料的电化学性能

以三维泡沫镍(NF)为模板,在不添加模板剂的条件下,通过电沉积法沉积石墨烯(G),再采用水热合成制备纳米片二氧化锰(Mn O_2),得到自支撑电极复合材料G/Mn O_2/NF,改善其作为电极材料的电化学性能。用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的微观结构和表面形貌进行分析,通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)、交流阻抗(EIS)测试了电极复合材料的电化学性能。结果表明:在电流密度为1 A/g的条件下,复合电极材料的比电容达到722 F/g,经过1 000次循环后比电容保持率为97%。     

一步电沉积法制备硫化镍/泡沫镍材料及其赝电容性能研究

通过一步电化学沉积法在泡沫镍(Ni foam,NF)集流体上制备了3D硫化镍(Ni₃S₂)材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等对所制备材料的物化结构和形貌进行了表征,并采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了其作为超级电容器电极的电化学性能。测试结果表明,制备的Ni₃S₂/NF-10材料具有相互连接的3D结构,表现出优异的赝电容性能。在1 A/g电流密度下,比电容高达2850 F/g。将电流密度提高到10 A/g,该材料比电容仍能达到1972 F/g,说明其具有优异的倍率性能。测试结果表明所制备的Ni₃S₂材料有望应用于电化学储能领域。     

石墨烯/δ-MnO2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-MnO₂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-MnO₂复合材料比纯石墨烯和纯δ-MnO₂具有更优异的电化学性能。当电流密度为1 A·g^-1时,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容可达322.6 F·g^-1,比纯δ-MnO₂电极材料高234.2 F·g^-1,比纯石墨烯高212.1 F·g^-1。当电流密度放大10倍后,RGO/δ-MnO₂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-MnO₂复合材料是一种有应用前景的超级电容器电极材料。     

An asymmetric supercapacitor using RuO2/TiO2 nanotube composite and activated carbon electrodes

We reported an asymmetric supercapacitor technology where RuO₂/TiO₂ nanotube composite was used as positive electrode and the activated carbon as negative electrode in 1 mol/L KOH electrolyte solution. The electrochemical capacitance performance of the asymmetric supercapacitor was tested by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and galvanostatic charge-discharge tests. The results show that the asymmetric supercapacitor has electrochemical capacitance performance within potential range 0–1.4 V. A power density 1207 W/kg was obtained with an energy density of 5.7 W h/kg at a charge–discharge current density of 120 mA/cm². The supercapacitor also exhibits a good cycling performance and keep 90% of initial capacity over 1000 cycles.     

螺线型碳纳米纤维基整体式催化剂活性载体

本工作采用一种简便的一步化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)法，在泡沫镍基底上直接生长螺线形碳纳米纤维（CNFs/NF）作为对析氧反应有活性的整体式催化剂载体。在1 mol/L KOH为电解质溶液的三电极电解池中，与 CNFs/NF电极材料电化学表面积(ECSA)成正比的的双层电容Cdl值达到13.69 mF/cm2。通过循环伏安法，电化学阻抗谱和线性扫描伏安曲线等电化学手段，验证了CNFs/NF适于做具有析氧反应活性的催化剂载体。CNFs/NF需要260 mV，385 mV的析氧反应过电势以实现10 mA/cm2和100 mA/cm2的电流密度。     

螺线型碳纳米纤维基整体式催化剂活性载体

本工作采用一种简便的一步化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)法，在泡沫镍基底上直接生长螺线形碳纳米纤维（CNFs/NF）作为对析氧反应有活性的整体式催化剂载体。在1 mol/L KOH为电解质溶液的三电极电解池中，与 CNFs/NF电极材料电化学表面积(ECSA)成正比的的双层电容Cdl值达到13.69 mF/cm2。通过循环伏安法，电化学阻抗谱和线性扫描伏安曲线等电化学手段，验证了CNFs/NF适于做具有析氧反应活性的催化剂载体。CNFs/NF需要260 mV，385 mV的析氧反应过电势以实现10 mA/cm2和100 mA/cm2的电流密度。     

Nickel-carbonate nanowire array: An efficient and durable electrocatalyst for water oxidation under nearly neutral conditions

It is highly attractive but still remains a great challenge to develop an efficient electrocatalyst for oxygen evolution reaction under nearly neutral conditions. In this work, we report the transformation of Ni₃S₂ nanowire array on nickel foam into the amorphous nickel carbonate nanowire array on nickel foam (NiCO₃/NF). The resulting NiCO₃/NF shows high electrocatalytic activity towards water oxidation and affords current density of 50 mA·cm⁻² at overpotential of 395 mV in 1.0 mol·L⁻¹ KHCO₃. Moreover, this NiCO₃/NF is also durable with a long-term electrochemical durability of 60 h. This catalyst electrode achieves a high turnover frequency of 0.21 mol O₂·s⁻¹ at the overpotential of 500 mV.     

法国梧桐枯叶基活性炭的制备及其在超级电容器中的应用

以生物质法国梧桐枯叶为原料,将炭化的枯叶通过KOH化学活化处理,制备法国梧桐枯叶基活性炭（PLAC）。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、氮气吸脱附对法国梧桐基枯叶活性炭的形貌、成分、比表面积、孔径分布等进行表征;运用三电极电化学体系,通过循环伏安,恒流充放电,循环稳定性测试,电化学阻抗谱分析法国梧桐枯叶基活性炭的超级电容器电极性能。结果显示,在800℃下碳化,通过KOH活化处理的法国梧桐基活性炭制备的电极,在1 A·g^-1电流密度下,比电容达到266 F·g^-1。电极在5 A·g^-1的电流密度下循环2000次后,比容量仍保留 97.0%,展示出良好的电极性能。