泡沫镍负载Co_3O_4纳米线制备及其超电容性能研究

以硝酸钴、尿素为原料,泡沫镍为基底,通过水热、煅烧法制备了Co_3O_4纳米线阵列,并采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜及X射线衍射对Co_3O_4纳米线的微观形貌及晶体结构进行了分析。采用电化学工作站测试了Co_3O_4纳米线阵列作为超级电容器电极的电化学性能。结果显示:Co_3O_4纳米线阵列作为超级电容器电极材料在5mA/cm~2的电流密度下,具有高达1670F/g的比电容。同时显示出良好的倍率特性和较高的循环稳定性,应用前景良好。     

西南科技大学在纳米能源材料研究领域取得新进展

正近日,西南科技大学四川省非金属复合与功能材料重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地(简称"材料国重实验室")裴重华教授课题组与南京大学环境材料与再生能源研究中心周勇教授课题组合作,通过材料微观结构设计,制备出了三维微/纳米阵列结构的碳基Co_3O_4复合电极材料,该电极材料极大地改善了电极反应过程中离子的动力学行为,能有效解决超级电容器离子扩散效率低的问题。超级电容器因其率密度高、充电时间短、使用寿命长以及     

超级电容器用Co_3O_4/镍泡沫复合电极材料的研究现状

四氧化三钴(Co_3O_4)因理论比电容量高、价格低和环境友好,在超级电容器电极材料中具有良好的应用前景,但是传统合成的Co_3O_4材料多为粉末状态,需要通过添加高分子助剂涂覆在集流体上制备成电极,高分子助剂的引入不仅增加了电极的内电阻和界面电阻,且导致电化学活性表面积大幅度降低,因而Co_3O_4电活性物质的电化学存储性能与理论值相差较远。针对上述问题,最近研究工作者采用水热法或电沉积法在电极集流体镍泡沫上直接生长电活性物质Co_3O_4,相对传统电极制备过程,不仅更简单,且不需要引入高分子助剂,降低电极的内电阻和界面电阻,增加了电化学活性表面积,有利于电极的电化学存储性能提高,在高性能电化学能量存储器领域具有广泛应用前景。针对Co_3O_4/镍泡沫复合电极材料制备及其在超级电容性能的研究现状进行了综述,为进一步设计和合成高性能超级电容器电极材料提供新方法和思路。     

NiO纳米片阵列的制备方法及应用进展

NiO纳米片阵列具有优异的电化学、物理和机械性能,已经成为锂离子电池、超级电容器、传感器和催化等领域的热点材料之一。综述了NiO纳米片阵列的基本特性、制备方法及其在锂离子电池和超级电容器中的研究进展,并对其应用前景进行了展望。     

Co_3O_4纳米片/碳微球复合物的制备及其超级电容器性能研究

利用简单的低温水热法和后续高温煅烧,将Co_3O_4纳米片成功的生长在碳微球表面。X-射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FE-SEM)测试表明,Co_3O_4纳米片自组装呈疏松状包覆于碳微球表面,纳米片之间相互交织形成三维多孔结构,丰富的孔道极有利于电解质离子在电极材料活性物质中的迁移和渗透。将其作为工作电极,表现出较高的电容性能,电流密度为1A/g时比电容达184F/g,当电流密度达5A/g时电容保持率为82.6%,电极材料具有良好的倍率特性。     

Co3O4中空纳米球的可控制备及气敏性能

以碳纳米球为模板,采用硬模板法制得多孔Co_3O_4中空纳米球。分别采用SEM、XRD、FTIR、BET和XPS对Co_3O_4纳米球的形貌和结构进行表征。通过改变前驱体浓度和陈化反应时间调控Co_3O_4中空纳米球的空间结构及气敏性能。结果表明:在前驱体浓度为0.1mol/L、陈化时间为48h时,得到的Co_3O_4中空纳米球的表面呈疏松多孔结构。Co_3O_4中空纳米球直径约为500nm,由40nm的Co_3O_4纳米粒子组成。室温下,由该材料组装的气敏传感器对浓度为100×10^-6～0.5×10^-6的NH_3有较好的气敏性能;对浓度为100×10^-6的NH_3响应灵敏度高达155.8%,响应时间为1.3s。该气体传感器对NH_3的最低检测限为0.5×10^-6。     

静电纺丝法制备的Co0.6Ni0.3Cu0.1Fe2O4和Co0.6Ni0.3Zn0.1Fe2O4纳米纤维的结构及磁性能

采用静电纺丝技术制备出表面光滑、直径均匀的Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4/PVP和Co_(0.6)Ni_(0.3)Zn_(0.1)Fe_2O_4/PVP纳米纤维前驱丝,经500~900℃煅烧后得到Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4和Co_(0.6)Ni_(0.3)Zn_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维。用TG-DSC、XRD、SEM及VSM现代测试分析手段对Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4和Co_(0.6)Ni_(0.3)Zn_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维的结构、形貌及磁学性能进行测试表征。结果表明:在空气气氛中经500~900℃煅烧后可得到纯尖晶石相、结晶度良好的纳米纤维或短纤维;当温度为700℃时,Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4和Co_(0.6)Ni_(0.3)Zn_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维的形貌细长而光滑且直径相对均匀,大约为80nm;此时Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维则保有较高的剩磁比(M_r/M_s)及矫顽力,分别为0.56和1 088.87Oe。在500℃、600℃、700℃、800℃、900℃煅烧后,Co_(0.6)Ni_(0.3)Zn_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维的饱和磁化强度分别比Co_(0.6)Ni_(0.3)Cu_(0.1)Fe_2O_4纳米纤维增大了14.5%、7%、16%、10.7%、8%,而矫顽力则分别降低了38%、51%、50%、46%、46.7%。两种纳米纤维的饱和磁化强度及矫顽力存在差异,为CoNi铁氧体在电磁方面的应用提供了很好的参考。     

基于有序结构镍钴双金属氧族化合物纳米阵列/碳泡沫复合材料的柔性不对称超级电容器

以碳化三聚氰胺泡沫为柔性基底,负载高度有序的镍钴双金属氧/硫/硒化物纳米棒阵列和氧化铋纳米片阵列,分别作为正负极构筑了一系列不对称柔性超级电容器.研究表明,镍钴硒化物电容性能明显优于氧化物和硫化物,所制备的不对称电容器在1 mA/cm2 电流密度下面积电容可以达到620. 9 mF/cm2 ,功率密度和能量密度分别为3. 75 mW/cm3 和0. 97 mWh/cm3 ,循环6 000次电容保持率为91. 2% ,重复弯折200次后,仍保留88. 6%的初始比电容.因此,基于镍钴硒化物和氧化铋的不对称超级电容器在高性能柔性储能器件领域具有潜在的应用价值.     

花状Co_3O_4纳米颗粒的制备及其超级电容性能的研究

以Co(Cl)_2·6H_2O作为钴源,尿素作为沉淀剂,利用水热法在泡沫镍上制备了Co_3O_4纳米颗粒,利用X射线衍射仪和扫描电镜对所制备Co_3O_4纳米颗粒的物相和表面形貌进行了表征,并对其电化学性能进行了测试。结果表明,长在泡沫镍基体上由纳米线构成的花状Co_3O_4颗粒,不仅具有优良的电化学性能,比电容最高可达580.10F/g,且在放电电流密度为4A/g时,循环1000次后比电容仍能保持最初的95.703%,表现出良好的循环稳定性。     

炭化纳米Co3O4/硅藻土复合材料制备及其性能

利用高温热解炭化制备炭化纳米Co_3O_4与硅藻土复合材料,研究其磁性和吸波性能。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、振动样品磁强计和矢量网络分析仪等测试分析技术对复合材料进行表征。结果表明:平均粒径为50nm的超顺磁性纳米Co_3O_4粒子和无定形碳均匀分散于硅藻土表面和孔隙内,形成稳定的复合体。炭化纳米Co_3O_4/硅藻土复合具有较强的超顺磁性和吸波性能,最大反射率损失为-14.7dB,<-10dB的频率范围大约为14～18GHz,带宽为4GHz。     

MoS_2纳米片阵列的制备及其应用现状

二硫化钼(MoS_2)纳米片阵列是MoS_2纳米片与基底材料结合形成的一种具有三维结构的纳米材料。该材料具有优异的导电性和良好的稳定性,广泛应用于析氢反应、超级电容器以及锂离子电池。综述了MoS_2纳米片阵列的主要制备方法,包括水热(溶剂热)合成法、溶解-生长法、物理气相沉积法,以及其应用现状。     

不同形貌NiMoO4纳米材料及其复合材料的制备和应用研究进展

NiMoO_4纳米材料及其复合材料具有优异的电化学性质,尤其优异的循环稳定性和电容保持率使其在能量存储应用方面有巨大的潜力。为此,综述了纳米阵列、纳米线、纳米片、纳米棒、纳米球等形貌NiMoO_4纳米材料及其复合材料的制备方法,概述了不同反应条件对NiMoO_4纳米材料形貌的影响,总结了其应用在锂离子电池、超级电容器领域时表现出的优异性能,并对NiMoO_4纳米材料的可控合成进行了前景展望。     

自支撑TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)阵列生长在柔性Ti箔上用于高性能非对称超级电容器(英文)

近年来,随着可穿戴电子产品的出现,具有可穿戴功能的高电化学性能的储能设备也备受关注。超级电容器具有循环寿命长、充放电速度快、功率密度高等优点,被认为是一种很有前途的储能设备。双金属化合物作为超级电容器的电极材料具有理论比电容较高,成本较低,环境相对友好,耐碱腐蚀等优势而受到了研究人员的关注和研究。例如典型的双金属硫化物硫钴镍便具有以上优点,但仍面临着以下几个问题：(1) 硫钴镍导电性差;(2) 硫钴镍在充放电过程中存在严重的体积膨胀。目前,很多研究方案中将导电活性物质直接生长在集流体上形成自支撑结构,这种结构形式既简化超级电容器电极制作流程又提高电化学性能。本工作以Ti片为基底,采用分步水热法先在Ti片表面生长TiO_(2)纳米带阵列,然后在其基础上包覆生长NiCo_(2)S_(4)纳米片,得到NiCo_(2)S_(4)纳米片包覆TiO_(2)纳米带的核/壳阵列结构。三电极测试结果表明,1 A·g~(-1)时TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)电极的比电容达到1 300 F·g~(-1)。此外,对组装的TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//煤基多孔碳(CPC)不对称超级电容器(ASC)的电化学性能进行测试,结果表明：TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//CPC具有较高的能量密度和功率密度(在400 W·kg~(-1)时为41.6 Wh·kg~(-1))。这种交织的三维(3D)帧结构和柔性衬底的设计开辟了在能量存储领域获得高性能柔性衬底电极材料的新机会。     

自支撑TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)阵列生长在柔性Ti箔上用于高性能非对称超级电容器(英文)

近年来,随着可穿戴电子产品的出现,具有可穿戴功能的高电化学性能的储能设备也备受关注。超级电容器具有循环寿命长、充放电速度快、功率密度高等优点,被认为是一种很有前途的储能设备。双金属化合物作为超级电容器的电极材料具有理论比电容较高,成本较低,环境相对友好,耐碱腐蚀等优势而受到了研究人员的关注和研究。例如典型的双金属硫化物硫钴镍便具有以上优点,但仍面临着以下几个问题：(1) 硫钴镍导电性差;(2) 硫钴镍在充放电过程中存在严重的体积膨胀。目前,很多研究方案中将导电活性物质直接生长在集流体上形成自支撑结构,这种结构形式既简化超级电容器电极制作流程又提高电化学性能。本工作以Ti片为基底,采用分步水热法先在Ti片表面生长TiO_(2)纳米带阵列,然后在其基础上包覆生长NiCo_(2)S_(4)纳米片,得到NiCo_(2)S_(4)纳米片包覆TiO_(2)纳米带的核/壳阵列结构。三电极测试结果表明,1 A·g~(-1)时TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)电极的比电容达到1 300 F·g~(-1)。此外,对组装的TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//煤基多孔碳(CPC)不对称超级电容器(ASC)的电化学性能进行测试,结果表明：TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//CPC具有较高的能量密度和功率密度(在400 W·kg~(-1)时为41.6 Wh·kg~(-1))。这种交织的三维(3D)帧结构和柔性衬底的设计开辟了在能量存储领域获得高性能柔性衬底电极材料的新机会。     

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。     

Fe_2O_3阵列薄膜的制备及润湿性能研究

采用两种不同方法在不锈钢基底上制备出不同形貌的Fe_2O_3阵列薄膜,测试了其对液体的润湿性能。结果表明,Fe_2O_3多级结构阵列薄膜比Fe_2O_3纳米棒阵列薄膜表现出更好的润湿性能。Fe_2O_3多级结构阵列薄膜接触角变小,极性力变大,表面自由能增加。而Fe_2O_3纳米棒阵列薄膜接触角变大,色散力减小,表面自由能降低。与Fe_2O_3多级结构阵列相比,Fe_2O_3纳米棒阵列的纳米棒之间具有更多小的纳米尺寸的缝隙空间,使得较多的空气滞留其中,而空气具有很好的异质性,因此Fe_2O_3纳米棒阵列薄膜的润湿性相对较差。     

钴基材料的制备与应用研究进展

综述了近年来钴基复合材料在锂离子电池负极材料、超级电容器材料、催化材料、气体敏感性测试等领域的应用研究,重点讨论了制备方法与材料形貌、应用之间的关系。Co_3O_4与碳球、石墨、碳纳米管复合时,由于碳材料的多样性、制备方法的差异性,造成复合材料的形貌千差万别,从而应用于不同的领域。总结了目前研究中出现的问题,展望了未来的发展方向。     

柔性钛箔上生长的自支撑TiO_2@NiCo_2S_4阵列复合材料用作高性能非对称超级电容器电极（英文）

近年来,随着可穿戴电子技术的出现,制作出质量轻、灵活性强的电子设备也越来越受到人们的重视,相应具有可穿戴功能的高电化学性能的储能设备也备受关注。其中,超级电容器具有循环寿命长、充放电速度快、功率密度高等优点,是一种很有前途的储能设备。因此,柔性超级电容器的设计和生产被认为是满足先进柔性电子设备需求的最有前途的策略之一。鉴于电极材料是影响超级电容器的性能和生产成本的关键因素,因此开发高性能和低成本的电极材料是超级电容器研究的重要内容。在众多研究的电极材料中,双金属化合物因具有较高的理论比电容、较低的成本,对环境相对友好,耐碱腐蚀等优势而引起研究人员的广泛关注。其中,金属硫化物中硫钴镍是一种典型的双金属硫化物。硫钴镍具有理论容量高、电负性较低、电化学活性高、资源丰富易得、无毒、易制备等特点,因此被广泛用于超级电容器的电极材料。硫钴镍虽然具有较高的理论容量,但目前仍面临以下几个严重问题:(1)硫钴镍导电性差,实际电化学比容量低于理论容量;(2)硫钴镍在充放电过程中存在严重的体积膨胀,使得电容器结构被破坏进而造成电容器循环性能的快速衰减。目前的解决办法一般是通过将硫钴镍与各种碳材料、金属氧化物及导电聚合物复合,改善材料的结构、形貌和导电性,以此提高材料的电化学性能。硫钴镍与金属氧化物、硫钴镍与碳材料复合的电极材料在制成超级电容器的电极极片时需要添加导电剂和粘结剂,这不仅增加了电极的成本,而且也使制作环节变得复杂,更重要的是活性物质的外露面积也会因为粘结剂的使用而减小。现在许多研究将导电活性物质直接生长在集流体上形成自支撑结构,这种结构形式既简化了超级电容器电极的制作流程,又提高了电容器的电化学性能。本研究以Ti片为基底,采用分步水热法先在Ti片表面生长TiO_2纳米带阵列,然后在其上包覆生长NiCo_2S_4纳米片,得到NiCo_2S_4纳米片包覆TiO_2纳米带的核/壳阵列结构。将TiO_2@NiCo_2S_4作为超级电容器无粘结剂和导电剂的电极。三电极测试结果表明:1 A·g~(-1)时TiO_2@NiCo_2S_4电极的比电容达到1 300 F·g~(-1)。此外,将煤基多孔碳(CPC)作为负极,TiO_2@NiCo_2S_4作为正极,组装成了TiO_2@NiCo_2S_4//煤基多孔碳(CPC)不对称超级电容器(ASC)。电化学测试结果表明:TiO_2@NiCo_2S_4//CPC不仅具有较高的能量密度和功率密度(在400 W·kg~(-1)时为41.6 Wh·kg~(-1)),而且具有良好的循环稳定性(在4 A·g~(-1)下循环5 000次后,电容保持率大于80%)。这是由于采用多级阵列式结构的复合电极具有以下优势:(1)比表面积大,增大了活性物质和电解液的接触面积;(2)孔道丰富,减少了电解液离子迁移的距离;(3)避免了使用传统电极制作过程中导电剂和粘结剂,减少了生产成本、缩短了加工时间。这种交织的三维(3D)网络结构和柔性衬底的设计为获得高性能柔性衬底电极材料提供了新方法。     

水热反应时间对Co_3O_4电化学性能的影响

以硝酸钴、尿素、氟化铵、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为原料,泡沫镍为基底,通过水热-热分解法在不同水热反应时间(10、12、14和16h)下制备了花瓣状组织与花状结构的Co_3O_4,通过X射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)分析了Co_3O_4的组成及形貌,并测试了Co_3O_4的电化学性能。结果表明,不同水热时间下制得的Co_3O_4均表现出明显的赝电容特性,随着水热反应时间由10h延长至16h,Co_3O_4的比电容先升高后降低,且在14h达到最高值267.1F/g。     

NiS/Ni3S2@NiWO4纳米阵列用于构造能量密度创新高的全固态混合超级电容器

混合型纳米电极材料的合理设计及合成对于其不同的应用具有重要意义,尤其是对于可用于下一代电动汽车和电子设备供电的高效纳米结构超级电容器(SCs)储能器件.本文报道了一种简便可控合成核-壳Ni₃S₂@NiWO₄纳米阵列的方法,并将其用于混合超级电容器的独立电极.在5 mA cm^-2的条件下,所制备的Ni₃S₂@NiWO₄独立电极表现出高达2032μA h cm^-2的面积容量;即使电流密度增至50 mA cm^-2,其容量保留率仍为63.6%.更重要的是,在功率密度为3.128 mW cm^-2时,该Ni₃S₂@NiWO₄纳米阵列混合超级电容器仍表现出1.283 mW h cm^-2的最大能量密度;而在能量密度为0.753 mW h cm^-2时,该超级电容器表现出的最大功率密度为41.105 mW cm^-2.此外,该混合超级电容器在连续10,000次循环后仍能保持89.6%的原始容量,从而进一步证明其优异的稳定性.本研究为合理设计各种核壳金属纳米结构提供了便捷途径,有助于促进其在高性能储能器件领域的广泛应用.