多孔碳负载五氧化二铌及其在超级电容器中的应用

以间苯二酚、甲醛和草酸铌为原料,通过原位聚合和高温煅烧,制备出多孔碳负载的五氧化二铌（Nb₂O₅）材料。X射线粉末衍射和扫描电镜分析表明,负载在多孔碳表面上的五氧化二铌具有三维纳米凸起结构,属于正交晶型。循环伏安测试表明该复合材料的比电容达到290 F·g^-1,并具有良好的大电流放电能力,5 A·g^-1的放电电流下,容量可以达到108 F·g^-1。0.5 A·g^-1的首次放电容量为355 F·g^-1 （1.0~3.0 V vs. Li⁺/Li）,100次循环后容量保持率为82%。通过对交流阻抗图谱和等效电路的模拟分析,对其电化学赝电容特性进行了讨论。该复合材料降低了电解液中离子在充放电过程中的迁移路径和扩散阻力,实现Nb₂O₅活性材料的多维度接触,提高了Nb₂O₅的导电性,改善了其超级电容特性。     

超级电容器用三维石墨烯的制备和性能研究

通过使用水合肼还原对苯二胺盐酸盐改性过的氧化石墨烯,得到了三维石墨烯。以得到的三维石墨烯作为电极材料,采用循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究。结果显示:在电压区间为-0.2~0.8 V,电流密度为2 A·g-1的条件下其比电容为212 F·g-1,当电流密度增加到200 A·g-1时,其比电容仍然保持在156 F·g-1,在20 A·g-1的电流密度下循环1000次之后其容量保持率在98%,较高的比电容、优异的大电流放电性能和较好的循环稳定性表明获得的三维石墨烯是一种优异的超级电容器电极材料。     

多孔碳纳米线/MnO_2复合材料的制备及其在电化学超级电容器中的应用研究

采用化学气相沉积法(CVD),以1,2-邻二氯苯和二茂铁为前驱体批量制备高纯度多孔碳纳米线(PCNF)。采用微波法将MnO2负载在多孔碳纳米线上从而构筑MnO2/PCNF复合材料。用SEM、TEM、XRD和TGA等测试手段对所得材料进行形貌及结构分析,采用循环伏安和恒流充放电测试检测MnO2/PCNF复合材料的电容特性。实验结果表明,该复合材料比电容较高,循环性能良好,在1000圈循环测试(2A·g-1)后电容保持率为89.3%。     

ZrO_2包覆富锂正极材料Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2

采用共沉淀-高温固相法制备了富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2,并使用Zr(OC3H7)4进行了Zr O2包覆改性。通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和电化学测试手段讨论了Zr O2包覆对材料的结构、形貌和电化学性能的影响。Zr O2能均匀覆盖在Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2颗粒表面,包覆后材料的电化学性能有一定的改善。包覆质量分数0.5%的Zr O2样品表现了提高的循环和倍率性能。首次放电容量(0.1 C,2.0~4.8 V)高达250.8 m Ah·g-1,循环45周(0.2C)容量保持为201.6 m Ah·g-1,2.0 C倍率放电容量可达123.2 m Ah·g-1。     

不同镍钴锰比对xLi_2MnO_3-(1-x)LiMO_2正极材料的结构和电化学性能的影响

以Na OH和NH3·H2O为沉淀剂,采用共沉淀法成功合成富锂锰基层状正极材料。通过X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和充放电测试等研究手段,重点探讨了不同镍钴锰比对富锂锰基层状正极材料的结构、形貌以及电化学性能的影响。其中Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料结晶度高,粒度分布均匀,无明显团聚现象。在0.1C倍率下首次放电比容量为247.9 m A·h·g-1,首次库仑效率为75.1%。在1C倍率下首次放电比容量为236.2 m A·h·g-1,经过50次充放电循环后放电比容量为218.4 m A·h·g-1,容量保持率为88.3%,展现出较好的循环稳定性。     

LiNio.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12全电池的制备及电化学性能研究

以5V高电压LiNi0.5Mn1 5O4为正极材料,高安全性Li4Ti5O12为负极材料制备了LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12全电池,重点研究了正负极容量配比对电池电化学性能的影响.其中正极容量过量40％的电池具有最好的倍率和循环性能,在0.5 C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为164.1 mAh·g-1,循环200次的容量保持率为88％;在2C电流下,P/N=1.4的电池的最高放电比容量为135.2 mAh·g-1,循环740次的容量保持率为91.1％.P/N=1.4的电池良好的倍率和循环性能与其内阻较小、电池极化较小等因素有关.     

氟掺杂型锂锰氧化物的电化学性能研究

以LiNO3、LiF和Mn(AC)2·4H2O为原料,采用柠檬酸配位法,通过控制n(Li)n(Mn)和掺氟量,在750℃下制备尖晶石型系列Li1+xMn2-xO4-yFy电极材料。Li1+xMn2-xO4-yFy的充放电实验表明,随着锂掺入量的增加,材料的首次放电容量迅速降低,但材料的循环稳定性明显提高。Li1.05Mn2O4的放电容量最高(116mAh g),而且稳定性也较好。室温下,5次循环后容量仅衰减1.92%。掺氟明显降低材料在高温条件下的容量损失,但随着氟掺杂量的增加,材料的首次放电容量降低较大。同时掺杂锂和氟的材料比仅掺杂锂的材料具有更好的循环稳定性,Li1.05Mn1.95O3.95F0.05循环稳定后,放电比容量保持在103.5mAh g。Li1.15Mn1.85O3.9F0.1循环4次以后,便没有容量衰减,放电比容量稳定在98.5mAh g,因此,从比容量和循环稳定性两方面考虑,Li1.05Mn1.95O3.95F0.05和Li1.15Mn1.85O3.9F0.1是较好的电极材料。     

松花粉模板法制备ZnFe_2O_4/C锂离子电池负极材料及其性能研究

利用松花粉为生物模板制备了多孔ZnFe_2O_4/C复合材料。研究了不同制备工艺参数对其电化学性能的影响,最佳条件所得ZnFe_2O_4/C在0.2 A g-1下首次充放电容量为884.2 m Ah·g-1/1244.6 m Ah·g-1,库仑效率为71%,循环到120圈时可逆放电比容量为985.8 m Ah·g-1。考察了不同粘结剂对ZnFe_2O_4/C电化学性能的影响,结果表明CMC作为粘结剂时,其电化学性能要优于以PVDF和ALG做粘结剂的样品,在10 A·g-1电流密度下材料的平均放电比容量仍能达到393.6 m Ah·g-1。     

锰氧化物六角形片的制备及电化学性能研究

采用简单的水热法制备了多孔Mn3 O4纳米六角形片,六角形片的形状及厚度随着葡萄糖的含量改变而改变,当葡萄糖含量为1.5 g时所得到的Mn3 O4六角形片具有最优异的电化学性能,在1 A·g-1的电流密度下,材料的稳定放电比容量可达247.1 F·g-1,500次循环后容量保持率能达到98.8％,这可能与材料特殊的、独特的片状结构及孔道分布有很大的关系.     

锂离子电池Si/C/B_2O_3复合负极材料的研究

采用高温热解法制得Si/C/B2O3复合材料,并用XRD和XPS分析材料的物相结构和组成.以复合材料为锂离子电池电极进行恒流充放电测试,并通过循环伏安曲线和充放电曲线研究了材料的电化学反应特性.结果表明,复合材料中的硼以氧化物的形式存在,材料的可逆容量和电化学循环稳定性较硅/碳材料均有较为明显的提高,900℃条件下热解得到的材料的首次可逆容量为584 mA·h·g-1,复合材料在第40次循环的可逆容量可达到325 mA·h·g-1.     

超级电容器用无定形MnO2的制备及性能

采用液相氧化还原法制备了无定形态MnO2。通过XRD、SEM、循环伏安及恒电流充放电测试对产物的物理及电化学特性进行了研究。结果表明:200℃热处理后的材料仍保持无定形态,呈形貌规则的球形。以3 mol·L-1 KOH为电解液,充放电电流为200 mA·g-1,未热处理的材料50周期比电容达到332.1 F·g-1,但500周期容量保持率仅为57.5%。200℃热处理后的材料比电容稍有下降,50周期为231.2 F·g-1,但循环性能明显提高,500周期容量保持率高达97.9%,能够满足超级电容器的需要。     

毛刺状氮化铌纤维制备及其电化学性能研究

以五氯化铌为铌源,利用静电纺丝、溶剂热和氨气还原技术相结合制备了具有毛刺状的氮化铌纤维,浸泡盐酸多巴胺在纤维表面包覆纳米碳.结果 表明,制备纤维为四方Nb4N5相,纤维表面具有毛刺状结构,有助于增加接触界面,提高有效电荷转移效率,提高样品的比电容,可达212.16 F·g-1.     

Fe/Ni比对Li1.2Fe0.2-xNi0.1+xMn0.5O2纳米颗粒电化学性能的影响

通过调整化学组成x(x为0、0.05、0.1),采用自蔓延燃烧合成了不同Fe/Ni比的前驱体,经700℃高温煅烧合成出纳米Li1.2Fe0.2-xNi0.1+xMn0.5O2材料。XRD分析表明随着Fe/Ni比增大,材料的晶体结构由α-Na Fe O2层状结构向单斜C2/m结构过渡,晶系对称性降低。x=0.05时(Fe/Ni比为1∶1),Li1.2Fe0.15Ni0.15Mn0.5O2纳米材料(LFNMO-1F1N)具有良好的α-Na Fe O2层状结构和更完整的层状程度,晶粒尺寸为10.96nm。SEM分析表明LFNMO-1F1N为分布均匀的纳米颗粒,粒径范围38～62 nm。恒电流测试结果表明,在0.1C倍率下,LFNMO-1F1N的首次可逆容量高达258.9 mAh·g-1,远高于LFNMO-2F1N(191.6 mAh·g-1)和LFNMO-1F2N的可逆容量(155 mAh·g-1),在2C倍率下的可逆容量仍有138.4 mAh·g-1。在1C倍率下充放电循环100次后,可逆容量仍有122.6 mAh·g-1,保持率为78.6%。研究结果表明,当Fe/Ni比为1∶1时,Li1.2Fe0.15Ni0.15Mn0.5O2纳米颗粒具有最大的可逆比容量、最佳倍率与循环性能。     

多孔球状Mn3O4的制备及电容特性研究

通过精确控制葡萄糖的摩尔反应比,采用水热结合低温烧结法制备了多孔球状黑锰矿结构Mn3O4.当高锰酸钾与葡萄糖比例为1∶3(MNO-3)时,具有最优性能.SEM结果显示最优样品具有多孔球状结构,粒径大小均匀,约为1 ～4 μm.运用恒流充放电、交流阻抗、循环伏安等电化学测试方法研究其电容特性和电化学性能.结果 表明:在6 mol·L-1KOH电解质溶液中,电流密度为1A·g-1的条件下MNO-3样品具有最高比容量321.7 F·g-1,循环400圈后,其比容量保持率为97.15％.     

氮掺杂碳二硫化钒复合材料的赝电容性能综合实验设计

实验以生物质明胶为氮源和碳源,通过简单的退火方法,设计合成了具有分层多孔结构的氮掺杂多孔碳包覆二硫化钒(VS2-NC)复合材料。利用X射线衍射仪、扫描/透射电镜、光电子能谱仪等测试手段进行结构表征,利用电化学工作站进行电化学性能测试。结果表明,制备的VS2-NC复合材料架构稳定、比表面积大、活性位点多、有利于电荷传输和离子扩散。在10 A·g-1的电流密度下,VS2-NC复合材料可达到407.3 F·g-1的比电容,经历5 000次长循环后仍可保持86%的放电容量,展现出了优异的赝电容性能。作为综合实验,实验体系完整,内容涵盖化学、材料、物理等多门学科,涉及多种仪器使用,覆盖面广,能充分体现出学科间的交叉融合。学生可在锻炼实验操作技能的基础上,充分了解科学前沿和热点问题,拓宽学科的深度与广度,提升综合科学思维能力,培养创新意识和创新能力,理论联系实际,培养更多适应社会需要的综合型、应用型、创新型人才。     

高功率型锂离子电池的研制

采用Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2作为正极材料,石墨为负极材料,制成18650型/1300 m A·h功率型圆柱电池;该类电池5 C放电容量相当于1 C放电容量的99%,5 C循环测试900次后,容量剩余87%以上;经过针刺后,电池没有起火爆炸。     

V2O5/Graphene复合电极材料的制备与储锂性能

采用简便的溶胶凝胶法制备了V2O5/石墨烯复合电极材料。利用SEM、XRD、Raman和TGA表征了样品的微观结构,以V2O5/石墨烯复合材料和Li4Ti5O12分别作为正极和负极组装了V2O5/石墨烯 // Li4Ti5O12全电池。结果表明,该复合电极材料是含有0.55%（质量分数）石墨烯的片状正交相V2O5。电化学测试表明,与未复合石墨烯的纯V2O5样品相比,V2O5/石墨烯复合材料具有更高的储锂活性和优异的大电流放电性能。在200 mA/g的电流密度下,V2O5/石墨烯复合材料和纯V2O5样品的放电比容量分别为283 mAh/g和253 mAh/g;当电流密度增加到5 A/g时,V2O5/石墨烯复合材料依然保持有150 mAh/g的放电比容量,而纯V2O5样品的放电比容量仅为114 mAh/g;V2O5/石墨烯和纯V2O5电极的电荷传递电阻分别为142 Ω和293 Ω。V2O5/石墨烯 // Li4Ti5O12全电池测试结果表明,在1.0 ~2.5 V电压范围内,循环初期全电池正极材料的放电比容量从110 mAh/g衰减到96 mAh/g,随后又出现上升,循环100次后正极材料的放电比容量稳定在102 mAh/g,库伦效率接近100%,这表明该V2O5/石墨烯复合电极材料是一种非常有应用前景的锂离子电池电极活性材料。     

微/纳多级结构LiMn2O4微米球在水系锂离子电池中的应用

通过750℃煅烧由共沉淀法制得的碳酸盐前驱物,制备出由粒径为30~40 nm的纳米粒子组装的直径为600~900 nm的微/纳多级结构LiMn2O4微米球。将这种LiMn2O4多孔微米球作为水系锂离子电池电极材料,在2M Li2SO4水溶液中具有优良的倍率性能,在1 A g-1,1.5 A g-1,2 A g-1和2.5 A g-1的电流密度下,其放电容量均在110 mAh g-1左右,当电流密度增至5 A g-1,其放电容量还能保持在71 mAh g-1。     

三维有序大孔Ni-Co-Mn过渡金属氧化物锂离子电池负极材料制备及电化学性能

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为胶晶模板,溶胶凝胶法辅助制备出三维有序大孔Ni-Co-Mn混合金属氧化物作为锂离子电池负极材料.与相同组份的纳米颗粒相比,三维有序大孔材料具有大幅度提高的电化学性能.三维有序大孔材料具有高达1530 mAh·g-1的可逆容量,在1000 mA·g-1的电流密度下纳米颗粒材料的放电比容量仅为328 mAh·g-1,而多孔材料的放电比容量为876 mAh·g-1,比纳米颗粒材料提高了1.7倍;在100 mA·g-1电流密度下循环100圈之后多孔材料的容量保持率几乎接近100％,而纳米颗粒材料仅为42％.这些结果表明,三维有序大孔结构Ni-Co-Mn混合金属氧化物具有较高的容量和优异的循环性能.     

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。