三聚氰胺树脂作为碳基材料前驱体在电化学储能电极材料中的研究进展

电极材料是影响电化学储能系统性能的主要因素，目前，对其性能改善的研究主要集中于结构的优化和杂原子的引入两个方面。以三聚氰胺树脂为前驱体制备的碳基材料凭借其丰富的孔道结构和高含量的氮原子掺杂双重优势，在电化学储能设备的电极材料的应用中表现出高电容性能和出色的循环能力。本文从活化法、模板碳化法、混合聚合物碳化法等孔道控制工艺，探讨了孔道结构对于材料性能的影响。针对当前主流研发的电池和超级电容器，对以三聚氰胺树脂为原料制备的碳基材料展开综述，并分析其研究现状与发展趋势。     

板栗壳生物炭高性能对称性超级电容器电极材料的制备及性能

以板栗壳为碳源（CC）,经700℃炭化（CC700）后采用ZnCl₂活化,成功制备了高性能的超级电容器电极材料（CC700-Zn）。对电极材料的形貌和性能进行测试,发现CC700-Zn具有3D孔道网络结构,比表面积达813.9m2/g,这种具有高比表面积的孔道结构为电子传输提供了通道。三电极体系中,1A/g时比电容可达506F/g,经过10000圈的循环之后其比电容仍能保持初始值的91%;二电极体系中,用CC700-Zn组装的对称性电容器在1A/g下的比电容为118F/g,CV的扫描速率可增大至220mV/s,电势窗宽0~6V。功率密度为900W/kg时,能量密度为53.1W·h/kg,当功率密度增加至27000W/kg时,能量密度仍可保持27W·h/kg。表明用板栗壳作为碳源制备对称性超级电容器电极材料是可行的。     

三聚氰胺树脂碳基材料在电化学储能中的研究进展

电极材料是影响电化学储能系统性能的主要因素.目前,对电极材料性能改善的研究主要集中于结构的优化和杂原子的引入两个方面.以三聚氰胺树脂为前驱体制备的碳基材料凭借其丰富的孔道结构和高含量的氮原子掺杂双重优势,在电化学储能设备的电极材料的应用中表现出高电容性能和出色的循环能力.该文从活化法、模板炭化法、混合聚合物炭化法等孔道控制工艺,探讨了孔道结构对于材料性能的影响.针对当前主流研发的电池和超级电容器,对以三聚氰胺树脂为原料制备的碳基材料展开综述,并分析其研究现状与发展趋势.     

玉米芯电容炭的制备及其电化学性能

以玉米芯为原料,经Zn Cl_2一步活化法制备超级电容器用电容炭电极材料。采用低温N_2吸附、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及X射线光电子能谱(XPS)等手段系统表征电容炭的微观结构及表面性质,并利用恒流充放电、循环伏安和漏电流等测试手段研究其在无机电解液体系(KOH)中的电化学性能。研究表明:在Zn Cl_2/玉米芯浸渍比为2:1、700℃的条件下活化1h可制备出比表面积为1340m~2/g、总孔容为1.135cm~3/g、中孔率高达97.7%的玉米芯电容炭。将其用作电极材料表现出良好的电化学特性,在50m A/g的电流密度下质量比电容为159F/g,2500m A/g电流密度下比电容仍可达137F/g,1000次循环后比电容保持率为92.5%,漏电流仅为1.9μA。结果表明:玉米芯电容炭具有良好的倍率特性和循环性能,是一种理想的电化学电容器用电极材料。     

木材纤维锚定二氧化铈电极材料的制备及其性能研究

利用木材纤维含氧基团的吸附作用锚定生长二氧化铈,成功制备出一维中空管状结构复合电极材料(WF@CeO₂)。通过调控硝酸铈的添加量改善电极材料的电化学性能,并探讨了木材纤维对二氧化铈的增效作用。研究结果表明：当硝酸铈的添加量为2 mmol时,WF@CeO₂-2样品的比表面积可达303.73 m²/g,所制备的电极在电流密度0.5 A/g下表现出高比电容(371 F/g),木材纤维的存在极大地提高了二氧化铈电极材料的电化学性能。以WF@CeO₂-2电极组装的非对称超级电容器的比电容可达34.5 F/g,其峰值能量密度为44.16 Wh/kg,峰值功率密度为4 002.7 W/kg,在经过5 000次充放电循环后电容保持率为91.1%,表现出良好的循环稳定性。     

纤维状介孔碳材料的制备及超级电容性能的研究

以间苯二酚-甲醛树脂为碳源,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,九水硅酸钠为助剂,制备纤维状介孔碳材料。采用扫描和透射电子显微镜对样品进行表征,表明样品具有纤维状形貌并存在无序介孔结构;氮气吸附脱附测试结果表明,样品具有较高的比表面积(1 257 m~2/g),均一的介孔(4.0 nm);电化学测试结果表明,当电流密度为1 A/g时,其比电容为158.5 F/g,具有良好的电容性能和循环稳定性,可作为电极材料应用于超级电容器中。     

核桃壳基活性炭的制备及其在超级电容器中的应用

以核桃壳为原料,在不同活化时间下用水蒸气活化法制备了3种具有不同比表面积的活性炭。利用SEM、FT-IR、XRD和康塔吸附仪探究活化时间对材料的表面形貌、物相结构和孔径分布的影响。并通过恒电流充放电法、循环伏安法等测试其电化学性能。3个样品均表现出优异的大倍率性能(最大电流密度为20. 0 A/g)。结果表明,随着活化时间增加,样品的比表面积增大,比电容增大,但稳定性下降。活化时间为120 min时活性炭样品比表面积为1 644 m²/g,孔径分布合理;在有机电解液体系中最大比电容为83. 8 F/g,最大能量密度为18. 2 Wh/kg,该样品具有良好的稳定性和可逆性,最适合长期应用。     

溶剂热法制备形貌可控的NiCo2O4超电材料及其性能研究

采用溶剂热法,通过改变溶剂的组成,合成了具有微球簇状、片层、针状和海胆结构的NiCo2O4样品,探讨了不同相貌结构的形成原因,考察了样品的电化学性能.实验结果表明,水热反应中溶剂比例不同,其介电常数不同,从而影响合成产物NiCo2O4形貌.针状结构的NiCo2O4-15样品有着94.032 m2/g的高比表面积,在1 A/g的电流密度下比电容高达1808.6 F/g,同时在10 A/g电流密度下循环1000次后容量保持率为80％,表现出优良的电化学性能和循环稳定性,在超级电容器材料领域具有应用前景.     

氧化改性对超级电容器用中间相炭微球基多孔炭材料电化学性能的影响

利用碱活化法制备活性中间相炭微球(MCMBs),并以此具有多级孔结构、高比表面积的活性MCMBs为前驱体,采用硝酸氧化法在MCMBs表面引入含氧官能团。活性MCMBs和氧化后的MCMBs都有较高的比表面积,最大值可达到2102 m~2/g。分别以活性MCMBs和氧化后的MCMBs为超级电容器电极材料制备的水系双电层电容器循环性能良好,最大比电容可达248F/g,在相同电流密度下,氧化改性MCMBs的比电容高于活性MCMBs,表明表面含氧官能团能够提高MCMBs的超级电容器比电容。     

纤维状介孔碳材料的制备及超级电容性能的研究

以间苯二酚-甲醛树脂为碳源,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,九水硅酸钠为助剂,制备纤维状介孔碳材料。采用扫描和透射电子显微镜对样品进行表征,表明样品具有纤维状形貌并存在无序介孔结构;氮气吸附脱附测试结果表明,样品具有较高的比表面积(1 257 m²/g),均一的介孔(4.0 nm);电化学测试结果表明,当电流密度为1 A/g时,其比电容为158.5 F/g,具有良好的电容性能和循环稳定性,可作为电极材料应用于超级电容器中。     

介孔碳/石墨烯复合材料的制备及在超级电容器中的应用

以棕榈树须作为天然碳源和模板,利用化学气相沉积法制备出介孔碳/石墨烯复合材料,研究了复合材料的超级电容器性能。通过扫描电子显微镜、Raman光谱、比表面及孔径分析等对材料的形貌、结构、比表面积和孔径分布进行表征。采用循环伏安和恒电流充放电方法研究了超级电容器在1 mol/L H_2SO_4电解质溶液中的电化学性能。在三电极体系和1 A/g条件下,材料电容达到144 F/g。在二电极体系下,材料电容达到138 F/g,比三电极略有降低。同时,倍率性能优异,20 A/g条件下电容为78 F/g,与三电极体系接近。     

间苯二酚—甲醛基碳气凝胶的制备及其应用

超级电容器是新型储能器件之一，电极材料是影响其性能的关键因素。以间苯二酚和甲醛为主要原料，采用反相悬浮聚合的方法，通过常压干燥和碳活化过程获得高比表面积的碳气凝胶材料。制备的碳气凝胶材料比表面积达到1 783.6 m2/g，具有丰富的微孔结构，其比电容达到122.4 F/g，作为3 000 F超级电容器的电极材料，经过循环充放电测试，证实其具有良好的循环稳定性。以常压干燥方式制备的碳气凝胶应用于超级电容器中，表现出的电化学性能优异，不仅提供了碳气凝胶产业化新思路，也表明碳气凝胶在储能领域具有非常广阔的应用前景。     

环糊精基活性炭的制备及其电化学性能

以环糊精为原料,采取先炭化后活化的方式,制备了具有高比表面积和丰富孔道结构的活性炭材料。本文通过改变KOH与环糊精炭化样品之间的碱炭比,研究了KOH用量对环糊精基活性炭结构及其电化学性能影响。在活化时间、活化温度等因素不变的情况下,活性炭的比表面积、总孔容及比电容随着碱炭比的提高,均呈现先增大后减小的趋势。当碱炭比为3时,活性炭的比表面积为1672m²/g,总孔容为0.75cm³/g,具有最佳的电容性能,在1A/g电流密度下比电容可达165F/g,优于同等条件下的商业炭21KSN（145F/g）,50000次循环后的比电容保持率为98.7%。     

Li(Ni-Co-Al)O_2三元材料制备及其超级电容性能研究

三元正极材料Li(Ni-Co-Al)O2因其良好的电化学性能已经逐渐发展为替代其他传统三元正极材料的新型电极材料。本文以氨水做络合剂、氢氧化钠为沉淀剂,采用共沉淀-固相法制备Li(Ni-Co-Al)O2三元材料并用于超级电容器件研究,探究了Li(Ni-Co-Al)O2的制备条件和氧化铝包覆改性对材料超级电容性能的影响。通过X射线衍射、比表面积的表征研究制备条件对Li(Ni-CoAl)O2物化性质的影响,通过循环伏安、恒流充放电、循环倍率以及交流阻抗等电化学性能测试探究了材料的超级电容性能的影响。结果表明:采用共沉淀-固相法制备的三元Li(Ni-Co-Al)O2材料具有良好的比电容,且通过氧化铝包覆改性后材料的比电容和循环稳定性都得到了进一步的提升。     

活性炭的微结构与超级电容器性能的构效关系

以生物质柞木为原料,采用不同活化法制备具有不同结构特征的柞木基活性炭,利用N₂吸附、FT-IR、XPS、XRD、Raman光谱等表征手段对活性炭的微结构特性进行解析,探究活化方式对活性炭微结构性能的影响;微结构与超级电容器性能的构效关系。研究表明： KOH和H₃PO₄-KOH法制备的活性炭微孔发达,炭结构表面缺陷位与杂原子丰富,在低电流密度下表现出更高的比电容;H₃PO₄-KOH法制备的活性炭具备更宽的微介孔分布与孔道连通性,使其具有更好的电容保持率;CO₂、H₃PO₄和H₃PO₄-CO₂法制备的活性炭介孔发达,微孔体积小,孔道连通性差,炭结构相对完整,裸露于炭结构表面的缺陷与杂原子相对较少,尽管电容保持率较高,但比电容较低。因此,高性能的超级电容器活性炭电极应具有发达的微孔结构、较宽的微介孔分布、通畅的微介孔连通结构,同时含有更多的裸露于炭结构表面的结构缺陷与杂原子基团,从而提高超级电容器的能量密度。     

氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭复合材料制备及其电化学性能

碳基复合材料被认为是超级电容器广泛应用最有前景的电极材料之一。本文使用氧化石墨烯（GO）、硝酸钴［Co(NO₃)₂］、三聚氰胺为原料,利用钴对高温下热解碳源的催化作用,制备得到了氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭（NC）复合材料,并测试了其电化学性能。探究了金属和三聚氰胺添加量对碳基复合材料结构和性能的影响,研究发现,在添加量分别为0.02mmol和0.3g时,制得的样品具有大比表面积（380.5m²/g）和高掺氮质量分数（6.29%）,并在三电极系统中体现出优异的电化学性能,电流密度为0.5A/g时样品的比电容为137.1F/g,5A/g时比电容为113.5F/g,保持率为88.5%,具有优异的倍率性能,在循环5000圈后样品的容量保持率为104%,具有良好的循环稳定性,这归因于三维结构可以加快充放电过程中的离子转移和氮掺杂可提高材料润湿性和贡献部分赝电容,为超级电容器电极材料的制备提供了理论借鉴。     

硼/氮共掺杂多孔碳纳米片的制备及其电化学性能

以煤系腐殖酸铵为前体,硼酸为多功能助剂,在700℃和800℃下一步炭化成功制备了B/N共掺杂多孔碳纳米片,并考察了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,该B/N共掺杂多孔碳纳米片具有发达的孔结构和较高的中孔率（36.15%和40.84%）,富含氮（6.04%和6.01%）、硼（3.97%和4.18%）、氧（17.01%和16.87%）等杂原子,赋予相应电极材料较好的导电性、良好的润湿性和快速的离子扩散性能。BNHC-700和BNHC-800在0.05A/g电流密度下的比电容分别为114F/g和118F/g,后者还具有优异的倍率性能（5A/g下的比电容保持率高达75.21%）。BNHC-700和BNHC-800的循环稳定性良好,在2.5A/g电流密度下10000次恒流充放电后的比电容保持率分别高达99.84%和98.57%。     

棒状V3O7?H2O电极材料的制备及印刷超级电容器

以五氧化二钒（V2O5）为原料,利用溶剂热法一步制备一水合七氧化三钒（V3O7?H2O）纳米棒,以V3O7?H2O纳米棒为电极材料,探究丝网印刷工艺对电极电化学性能的影响,结合丝网印刷制备电极并组装超级电容器。采用SEM、EDS、XPS、FTIR等对样品的形貌与结构进行表征,结果表明已成功制备V3O7?H2O纳米棒。在电化学测试中,丝网印刷电极比电容可达268.0 F/g（电流密度为0.3 A/g）,经过5000次循环后比电容保持率85.9%,优于涂抹电极的比电容（246.0 F/g）和比电容保持率（68.0%）,这得益于丝网印刷的油墨规则排列的结构。此外,组装的纽扣超级电容器同样表现出优异的电化学性能,比电容和电容保持率为134.2 F/g（0.5 A/g电流密度）和91.2%（5000次充放电循环）,且当功率密度为413.0 W/kg时,能量密度最高可达22.0 W?h/kg。本研究为后续印刷储能器件的研究提供了一条可供借鉴的思路。     

不同形态MOF-5为前驱体合成多孔碳材料及其超级电容特性

以不同形态的MOF-5为前驱体,直接碳化合成多孔碳电极材料,用X射线衍射(XRD)、透射扫描电镜(SEM)对样品的形貌和结构进行表征,然后再把该样品用作超级电容器的电级材料,利用循环伏安法、恒流充放电对电容器电化学性能进行测试。结果表明,其中一种形式材料要比另一种形式材料的比表面积大,而且孔结构比较丰富,作为超级电容器的电极材料具有良好的电化学性能,在5A/g充放电流下,电容可达125F/g。     

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。