基于海藻酸钠交联的NiO/C复合材料制备及其储锂性能

NiO作为过渡金属氧化物代表,具有能量密度较高、成本低的优点,在锂离子电池负极材料的应用中引起了广泛关注。通过海藻酸钠与金属离子的自主交联反应,以及碳化、氧化过程,制备了低成本的多孔纳米NiO/C复合材料。得到的复合材料中,NiO纳米颗粒分散均匀且被石墨化碳层包覆,并嵌入多孔相互连通的碳基体中,在提升复合材料整体导电性的同时抑制了活性材料在电化学反应中的体积膨胀。将其用作锂离子电池负极材料时,NiO/C复合材料在0.1,1 A/g的电流密度下分别具有608.2,307.2 mAh/g的比容量,并且在0.1 A/g电流密度下经过100圈循环后仍保持448 mAh/g的比容量,显示出优良的循环稳定性。优良的电化学性能充分显示出NiO/C复合材料在锂离子电池负极材料中的应用潜能。     

介孔碳微球的氢醌改性及电容性能研究

由于纯碳材料单一的双电层储能机理, 其比电容较低, 而赝电容材料可利用法拉第反应进行能量存储, 可以获得较高的比电容。作者利用软模板法制备出具有三维有序结构的介孔碳微球, 然后采用水热法制备氢醌改性的介孔碳微球。循环伏安和恒流充放电测试表明, 氢醌改性使得介孔碳微球不仅具有双电层电容, 而且具有赝电容。负载10wt%氢醌的介孔碳微球具有最大的比电容值, 当电流密度为0.5 A/g时, 其比电容值高达285 F/g; 当电流密度增大到10 A/g时, 其比电容值仍高达212 F/g, 表现出优异的倍率特性。这主要归因于氢醌以π-π堆叠方式负载在碳质介孔表面, 不仅提供了额外的赝电容, 而且提高了碳材料在水系电解液中的倍率特性。     

用于高性能超级电容器电极的栓皮栎基多孔活性炭的制备

本研究以空腔细胞组成的栓皮栎为原料, KOH为活化剂制备了具有多孔结构的栓皮栎软木基多孔活性炭。以此方法制得的活性炭呈薄片状外形, 最大比表面积达到2312 m ²/g, 具有特殊的微孔-介孔结构。在呈碱性的KOH三电极体系中, 0.1 A/g电流密度时比电容达296 F/g; 两电极体系中, 5 A/g时的比电容达到201 F/g, 循环5000次后电容保持率达99.5%。在呈中性的Na₂SO₄两电极体系中, 电流密度0.5 A/g (174 F/g)至50 A/g (140 F/g)时电容保持率达80.5%, 倍率性能良好, 能量密度高达19.62 Wh/kg。     

氮/磷双掺杂聚吡咯基多孔碳的制备和电容特性

以聚吡咯为碳源,通过一步碳化-活化法制备了氮/磷双掺杂分级孔结构的多孔碳。在6mol/L KOH和1mol/L Na2SO4电解液中研究了所制备多孔碳的电化学电容性能。研究表明,活化后的碳材料A-Z0比表面积高达1 433m~2/g,总孔体积为0.96cm~3/g,氮和磷元素的含量分别为1.78%和0.24%,证明A-Z0为氮/磷双掺杂的高比表面积的多孔碳。由于高的比表面积、分级孔道结构以及氮/磷官能团的协同作用,A-Z0材料表现出较为优异的电化学特性。在电流密度为0.5和30A/g时,其比电容分别达到209.3和176F/g,显示出高的比电容和倍率特性。此外,该材料也显示出优异的循环稳定性(4A/g下循环10 000圈后电容保持率为98%)。在中性电解液中,A-Z0组装成的对称两电极电容器呈现出高的能量密度(13.3 Wh/kg),表明该材料在超级电容器等领域具有潜在应用前景。     

基于煤萃取物的类石墨状多孔炭的制备及其电容性能研究

以褐煤萃取物为炭前驱体, MgO为阻隔剂, KOH为活化剂, 在800℃惰性气氛下制备出类石墨状多孔炭材料。对该多孔炭材料进行了红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和拉曼(Raman)表征。以活化前和活化后多孔炭为电极材料, 利用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗对其进行了电化学电容性能评价和比较。结果表明: 活化后炭材料呈现多孔的薄膜状, 比表面积高达1396 m²/g, 而活化前炭材料比表面积仅为138.4 m²/g。当电流密度为1 A/g和4 A/g时, 活化后炭材料比电容分别为533 F/g和390 F/g; 而活化前炭材料对应的比电容为366 F/g和198 F/g。在电流密度为5 A/g下循环8000圈后, 活化前后炭材料的电容保持率分别为72.5%和89.6%。可见, 经过KOH活化后的炭材料比电容和电化学稳定性有了显著提高。该研究证明阻隔剂和活化剂的使用, 能够获得高度柔性的高电容性能的类石墨状多孔炭。     

原位沉淀-焙烧法制备NiO/P-CNT复合材料及其电容性质

以聚吡咯衍生的碳纳米管作为载体,通过原位沉淀-焙烧相结合,合成了新型的氧化镍/聚吡咯衍生碳纳米管(NiO/P-CNT)复合材料。采用粉末X射线衍射、热重、能谱、扫描电镜、透射电镜、循环伏安以及恒流充放电测试对样品进行表征和分析。结果表明,须状NiO均匀地负载在聚吡咯衍生的碳管表面,构成了具有三维网络结构的复合物。基于这种特殊结构的优势,该复合物在电流密度为2A/g下的比电容为382F/g,NiO在复合物中电容贡献为441F/g,而NiO的比电容为351F/g。经过400圈充放电后,复合物的比电容保持在90%以上,而NiO的容量保持率为82.6%。因此,该复合电极材料较NiO具有更高的比电容和更好的循环特性。     

菱角壳基多孔炭的制备及其电化学电容特性研究

以菱角壳为前驱体,采用KOH化学活化法制备超级电容器用多孔炭,研究了不同碱炭比对多孔炭结构和电化学性能的影响。采用SEM、XRD、Raman、N_2吸脱附测试对多孔炭的微观结构进行表征,并利用循环伏安、恒流充放电、长循环、交流阻抗等方法考察其电容性能。结果表明,碱炭比为4时,多孔炭具有最高的比表面积(2 046.74 m~2/g)和最丰富的孔结构,以TEABF_4/PC为电解液组装成超级电容器,在0.1 A/g电流密度下,其比电容高达126.1 F/g,以0.5 A/g电流密度循环10 000次,其比电容仍保持92.6 F/g,展现出良好的电容性能。     

原位沉淀-焙烧法制备NiO/P-CNT复合材料及其电容性质

以聚吡咯衍生的碳纳米管作为载体,通过原位沉淀-焙烧相结合,合成了新型的氧化镍/聚吡咯衍生碳纳米管(NiO/P-CNT)复合材料。采用粉末X射线衍射、热重、能谱、扫描电镜、透射电镜、循环伏安以及恒流充放电测试对样品进行表征和分析。结果表明,须状氧化镍均匀的负载在聚吡咯衍生的碳管表面,构成了具有三维网络结构的复合物。基于这种特殊结构的优势,该复合物在电流密度为2A/g下的比电容为382F/g,NiO在复合物中电容贡献为441F/g,而NiO的比电容为351F/g。经过400圈充放电后,复合物的比电容保持在90%以上,而NiO的容量保持率为82.6%。因此,该复合电极材料较NiO具有更高的比电容和更好的循环特性。     

胡萝卜基分级多孔炭材料的制备及电化学性能研究

以胡萝卜为炭源,采用KOH对胡萝卜炭进行活化,制备出具有高比电容的分级多孔炭材料。利用SEM、X射线衍射分析、低温氮气吸脱附等手段对制备的材料进行形貌及结构分析,结果表明,不同碱炭比会造成炭材料不同程度的结构变化,在碱炭比为2∶1时,所制备的炭材料孔隙结构分布最佳,比表面积高达3 111.45 m²/g,总孔容为1.51 m³/g。循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)等电化学测试表明,在最佳活化条件下制备的胡萝卜基多孔炭材料制成的电极在6 mol/L KOH电解液、0.5 A/g电流密度条件下比电容为486 F/g,表明材料具有良好的电容性能;当电流密度提升20倍时,电容量保留为原来的86%,表明材料具有良好的倍率性能;10 A/g电流密度下经8 000次循环后,电容保持率为97.3%,表明材料具有良好的稳定性。胡萝卜基多孔炭材料制成的电极片所组装的水系超级电容器器件能量密度可达14.67 Wh/kg,功率密度为1 000 W/kg。     

二氧化锰电极材料的氧化还原制备及电化学性能研究

以高锰酸钾与乙酸乙酯为起始原料,通过氧化还原反应在85℃温和条件下制得二氧化锰(MnO_2)纳米颗粒,并通过在反应体系中加入碳(C)材料合成了MnO_2/C复合电极材料。实验结果表明,MnO_2在1A/g电流密度下,比电容为212F/g;而添加了2.5mL碳材料的MnO_2/C复合电极材料的比电容达到358F/g;当电流密度增加到4A/g时,MnO_2/C复合电极材料的比电容仍达到234F/g。     

Nickel Oxide/Carbon Nanotubes Nanocomposite for Electrochemical Capacitance

A nanocomposite of nickel oxide/carbon nanotubes was prepared through a simple chemical precipitation followed by thermal annealing. The electrochemical capacitance of this electrode material was studied. When the mass fraction of CNTs (carbon nanotubes) in NiO/CNT composites increases, the electrical resistivity of nanocomposites decreases and becomes similar to that of pure CNTs when it reaches 30%. The specific surface area of composites increases with increasing CNT mass fraction and the specific capacitance reaches 160 F/g under 10 mA/g discharge current density at CNT mass fraction of 10%.     

NiO/AC非对称电容器电极材料的制备及性能研究

以硫酸镍为原料、氨水为沉淀剂, 采用化学沉积法成功制备出氧化镍纳米颗粒, 分别采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TGA)、物理吸附仪等测试手段对纳米氧化镍的物相、形貌和结构进行分析和表征。结果表明, 所制得的纳米氧化镍为球形多孔颗粒, 直径大约为200 nm。其中在300℃下热处理得到的氧化镍比表面积最大, 为132 m²/g, 平均孔径为7.3 nm。将其作为正极, 活性炭作为负极, 组装成非对称电容器, 结果表明非对称电容器具有良好的电容性能和循环稳定性, 在25 mA/g电流密度下, 比电容达到1039 F/g, 充放电效率高达98%以上。     

NiO微球的微波辅助合成及电荷传导能力优化

为了优化电荷传导特性, 提高电极的电化学性能, 本工作采用微波辅助合成了分级多孔结构的氧化镍微球。通过XRD、SEM和TEM对产物的形貌进行了表征。研究结果表明, 开放多孔结构的氧化镍微球是由极薄纳米片自组装而成, 以硫酸镍为镍源, 得到的氧化镍微球的粒径约为2 µm。作为超级电容器电极材料, 在电流密度为0.5 A/g时, 电极的比容量达到455 F/g, 由于NiO微球独特的多孔特性, 使电极表现出良好的阻抗特性, 为法拉第反应过程提供了较多的活性反应点, 从而提高了电极的电容性能。     

Freestanding 3D Graphene–Nickel Encapsulated Nitrogen‐Rich Aligned Bamboo Like Carbon Nanotubes for High‐Performance Supercapacitors with Robust Cycle Stability

3D hierarchical structures are reported based on graphene–nickel encapsulated nitrogen‐rich aligned bamboo like carbon nanotubes, which show not only high‐performance supercapacitance behavior but also a great robust cyclic stability. A facile synthesis route is developed of 2D nickel oxide decorated functionalized graphene nanosheets (2D‐NiO‐f:GNSs) hybrids and 3D nitrogen doped bamboo‐shaped carbon nanotubes (NCNTs) vertically standing on the functionalized graphene nanosheets (3D‐NCNT@f:GNSs) by using a thermal decomposition method. The chemical reduction and morphology‐dependent electrochemical response are investigated. The enhanced specific capacitance of 3D‐NCNT@f:GNSs as compared to that of 2D‐NiO‐f:GNSs suggests the synergistic effects and indicates the importance of energy storage and superior long‐term cycling performance that are achieved. This 3D‐NCNT@f:GNSs hybrid shows a remarkable cycling stability with a maximum power density of 12.32 kW kg⁻¹ and maximum energy density of 109.13 Wh kg⁻¹ due to the good connection of NCNT and f:GNSs. This unique 3D nano network architecture enables the availability of large surface areas of NCNT, thus endowing the nanohybrids with high specific capacitance and excellent reusability.     

Carbon and Nickel Oxide/Carbon Composites as Electrodes for Supercapacitors

The carbon and nickel oxide/carbon composite electrodes were prepared by plasma jet and magnetron sputtering techniques.The investigations were performed to evaluate the influence of the Ar/C 2 H 2 ratio on the specific capacitance values of carbon and NiO/carbon electrodes.The obtained electrodes were investigated by scanning electron microscopy,Raman scattering spectroscopy(RS),and X-ray diffraction techniques.The surface of the carbon electrodes became less porous and more homogenous with increasing Ar/C 2 H 2.The RS results indicated that the fraction of the sp 2 carbon sites increased with increasing Ar/C 2 H 2 ratio.The increase of the Ar/C 2 H 2 ratio increased the capacitance values from 0.73 up to 3.6 F/g.Meanwhile,after the deposition of the nickel oxide on the carbon,the capacitance increased ten and more times and varied in the range of 7.6-86.1 F/g.     

Electrospun N‐Doped Porous Carbon Nanofibers Incorporated with NiO Nanoparticles as Free‐Standing Film Electrodes for High‐Performance Supercapacitors and CO2 Capture

Carbon nanofibers (CNF) with a 1D porous structure offer promising support to encapsulate transition‐metal oxides in energy storage/conversion relying on their high specific surface area and pore volume. Here, the preparation of NiO nanoparticle‐dispersed electrospun N‐doped porous CNF (NiO/PCNF) and as free‐standing film electrode for high‐performance electrochemical supercapacitors is reported. Polyacrylonitrile and nickel acetylacetone are selected as precursors of CNF and Ni sources, respectively. Dicyandiamide not only improves the specific surface area and pore volume, but also increases the N‐doping level of PCNF. Benefiting from the synergistic effect between NiO nanoparticles (NPs) and PCNF, the prepared free‐standing NiO/PCNF electrodes show a high specific capacitance of 850 F g^?1 at a current density of 1 A g^?1 in 6 m KOH aqueous solution, good rate capability, as well as excellent long‐term cycling stability. Moreover, NiO NPs dispersed in PCNF and large specific surface area provide many electroactive sites, leading to high CO₂ uptake, and high‐efficiency CO₂ electroreduction. The synthesis strategy in this study provides a new insight into the design and fabrication of promising multifunctional materials for high‐performance supercapacitors and CO₂ electroreduction.     

近球状钼酸镍/多壁碳纳米管复合材料的制备及其赝电容性能

以硝酸镍、钼酸钠和多壁碳纳米管为原料, 通过水热反应法制备了钼酸镍/多壁碳纳米管(NiMoO₄/MWCNTs)复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线能谱和X射线衍射对材料组成和形貌进行表征。结果表明: MWCNTs 很好地包覆在球状NiMoO₄外表面, 且各元素均匀地分布在材料中。循环伏安和电化学阻抗实验证实MWCNTs显著增强了NiMoO₄的氧化还原信号和电荷转移动力学特性。电容测试实验进一步表明, 复合材料较NiMoO₄单一材料具有更高的比电容、倍率特性及循环稳定性, 且当MWCNT含量为40 mg时, 所得产物(NiMoO₄/MWCNTs-40)具有最佳的电化学性能。电流密度为2 A/g时, NiMoO₄/MWCNTs-40复合材料的比电容高达1071 F/g; 当电流密度增大到10 A/g时, 比电容仍能保持原来的66.10%。在10 A/g的电流密度下, 经过2500次循环充放电后, NiMoO₄/ MWCNTs-40复合材料的比电容保持率高达95.85%, 表明该材料具有出色的循环稳定性。     

AC+Li（NiCoMn）O2/Li4Ti5O12+MWCNTs混合型电容器EI北大核心CSCD

以钛酸锂(Li 4Ti 5O 12)/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料为负极、活性炭(AC)/镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O 2)复合材料为正极,组装成混合型电容器并研究其电化学性能。利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射仪(XRD),拉曼光谱仪(Raman),热重分析仪(TGA)对电极材料进行分析,通过恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究混合型电容器的电化学性能。结果表明:掺杂适量MWCNTs和镍钴锰酸锂可提高电容器的电化学性能。当MWCNTs质量分数为5%时,在电流密度为0.1 A/g下恒流充放电时比容量达161.5 mAh/g。在0.1~1 A/g时,最大功率密度和最大能量密度分别为993.2 W/kg和52.2 Wh/kg。5000周次恒流充放电循环后,容量保持率在92.2%左右,库仑效率仍有99.1%,展现出较高的能量密度和功率密度,并具有优异的循环性能。     

TiC@NiO核壳纳米结构的制备及电化学储能性能

以棉纤维为碳源和模板,采用生物模板法成功合成出直径50~200nm、长度几至十几微米的碳化钛纳米线,并通过化学浴沉积法在其表面均匀沉积氧化镍纳米片,所构建的TiC@NiO核壳纳米结构具有良好的超电容性能,制备成超级电容器后在1A/g电流密度下比电容量为560F/g,而类似条件下制备的NiO材料的比电容量仅为193.5F/g,并且TiC@NiO在20A/g电流密度下循环5000次后容量保持率达到83.6%,表现出了良好的循环稳定性。