微撞击流反应器制备镍钴复合氢氧化物超级电容器材料及其性能研究

镍基复合超级电容器电极材料如镍钴复合氢氧化物,由于其比电容大、循环性能好等优点受到了电化学界的广泛关注。相比于纯Ni(OH)₂,镍钴复合氢氧化物材料由于过渡金属元素之间的协同作用,其电化学性能一般会更佳。但是镍钴复合氢氧化物材料的性能与其颗粒内部的组分分布均匀性有很大关联,而组分分布又依赖于沉淀反应时反应器内的微观混合均匀程度。将微观混合性能优良的微撞击流反应器（MISR）应用于镍钴复合氢氧化物材料的共沉淀制备,结果表明MISR能够显著改善镍钴复合氢氧化物材料的颗粒粒径、尺寸分布、团聚程度以及电化学性能：三电极体系测试下,所制备材料的初始比电容为1548.0 F/g,1000圈充放电循环后电容保持率为106.0%;二电极体系测试下,器件的初始比电容为30.6 F/g,1000圈循环后电容保持率为75.6%。     

铌锰复合电极材料的制备及其特性

以泡沫镍为基体,先采用水热法制得铌电极,再电沉积锰,制得铌锰复合电极。通过红外光谱、扫描电镜和能谱分析表征了电极表面产物的结构、形貌和成分。通过循环伏安、电化学阻抗谱、恒流充放电、循环充放电等方法对比研究了镍电极和铌锰复合电极在3 mol/L KOH溶液中的电化学性能。结果表明,采用水热一电沉积法可成功制得充放电性能和循环稳定性良好的铌锰复合电极。在0.5 A/g的电流密度下,铌锰复合电极在3 mol/L KOH溶液中的最高比电容为330.64 F/g,循环1000圈后其比电容为原比电容的93%以上。铌锰复合电极比铌电极更适合用作超级电容器的电极材料。     

NiCo_2O_4修饰活性炭纤维作为超级电容器正极材料及其性能研究

为了改善活性炭纤维的电化学性能、提高比电容,以硝酸镍和硝酸钴为金属源、尿素为碱源,采用水热法对一步活化法制备出的PAN基活性炭纤维(ACF)进行修饰,使其表面均匀负载海胆状的镍钴氧化物(ACF/NiCo_2O_4),通过扫描电镜、X射线衍射等对样品进行形貌和成分表征,采用三电极体系对材料进行电化学性能测试。结果表明,在1 A/g的电流密度下,其质量比电容达到469. 4 F/g,而电压降只有-0. 004 5 V,恒流充放电循环5 000圈后,其电容保持率为97. 87%,证明ACF/NiCo_2O_4材料具有较大的比电容和良好的循环稳定性,可用作超级电容器电极材料。     

SAS对镍铝水滑石材料超级电容性能的影响

减小电极活性物质晶粒和颗粒尺寸对提高电化学性能具有重要作用.采用共沉淀法通过控制十二烷基磺酸钠(SAS)的添加量合成镍铝水滑石(NiAl-LDHs)电极材料,通过X射线衍射仪、扫描电镜表征电极材料的晶粒尺寸和颗粒尺寸形态,通过电化学工作站测试电化学性能,研究发现:随着SAS添加量增大,镍铝水滑石晶粒尺寸逐渐减小,SAS添加8 mmol时最小,达到2.2 nm;颗粒随着SAS增加更为疏松,尺寸逐渐减小,团聚趋势减小.比电容随着SAS加入量增大逐渐增大.添加SAS 8 mmol的样品在电流密度1 A/g时具有最大比电容953 F/g,在5 A/g电流密度下循环1000圈后比电容仍保持初始值的45.8％,表现出较好的电化学性能.     

天然纤维/木质素纳米颗粒制备高性能多孔碳纤维电极

以天然纤维为载体,利用溶剂交换法将木质素纳米颗粒（LNPs）负载到纤维表面制备碳纤维电极材料,研究碳纤维材料的形貌、比表面积、热稳定性、结晶性能、表面电荷和电化学性能。结果表明：在LNPs与纤维的初始质量比为1︰10时,电极材料比电容最大,为7.88 F/g,远高于未负载LNPs的电极材料比电容值(0.60 F/g);在经过10 000次的循环测试(10A/g)后,电容保持率高达93%。研究表明LNPs可有效提高复合碳纤维电极材料的比表面积和碳含量,为木质素在能源领域中的高附加值利用提供了新途径。     

乙二醇辅助合成镍钴氢氧化物及其电化学性能研究

本文一步溶剂热法合成纳米镍钴氢氧化物电极材料,利用乙二醇、CTAB辅助自组装纳米结构的生成。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)技术手段对样品进行表征。在6 mol/L KOH电解液中,利用三电极体系中利用循环伏安法、计时电位法测试检测电化学性能,在1 A/g电流密度下比电容达1384 F/g。     

层级NiS@CoS复合微米花超级电容器电极材料的研究

在CoS纳米花基底上生长NiS合成层级NiS@CoS复合微米花材料,微米花由许多不规则纳米片交错组装而成。该微观形貌可缩短电子传输途径,使材料不易团聚,提高循环稳定性。结果表明,层级NiS@CoS复合微米花具有优良的超级电容器电极性能,在6 mol/L KOH溶液中,电流密度为2 A/g时比电容量最高达到1 205 F/g;复合材料电极在功率密度为400 W/kg时,能量密度可达26.8 Wh/kg; 1 000圈恒电流充放电循环后,比电容仍可保持其初始电容的91.27%。表明制备的层级NiS@CoS复合微米花可用作超级电容器电极材料。     

高活性Fe2O3@Ni复合电极制备及电化学性能研究

以六水三氯化铁为铁源，采用水热法合成了高活性Fe2O3@Ni复合电极材料。运用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜对产物的物相及微观形貌进行了表征。结果表明在泡沫镍表面原位合成的氧化铁是由直径约为5~20 nm的纳米丝交织而成的，从而构成有序三维网状结构，分布均匀紧密。采用循环伏安测试、恒电流充放电测试研究了Fe2O3@Ni复合电极材料的电化学性能，Fe2O3@Ni复合电极呈现赝电容的特性，在电流密度为1 A/g时，Fe2O3@Ni复合电极材料比电容可达532 F/g。     

镍钴双金属氢氧化物/乙炔黑复合材料的制备及其电化学性能

以氯化钴和氯化镍作为钴源和镍源,六次甲基四胺作为沉淀剂,采用水热法合成镍钴双金属氢氧化物/乙炔黑复合材料,并研究其作为超级电容器电极材料的储能性能。借助X射线衍射和扫描电镜表征手段研究乙炔黑的加入对所得镍钴双金属氢氧化物复合材料结构和形貌的影响。采用循环伏安、恒电流充放电及循环稳定性等电化学测试手段对该复合材料的储能性能进行研究。结果表明：乙炔黑的加入能有效改善镍钴双金属氢氧化物的分散性,同时降低电极材料的电子转移阻力,进而提高镍钴双金属氢氧化物的储能性能。当电流密度为7A/g时,经过500次恒电流充放电后复合材料的比电容量保持率为97%,体现出较好的循环稳定性能。     

CB/PANI/MnO_2复合材料的制备及电化学性能的研究

通过原位聚合法合成CB/PANI/MnO_2复合电极材料,对电极材料进行循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电等电化学性能测试;通过循环伏安法(CV)测试,得出高锰酸钾添加量为0.3 g时,CB/PANI/MnO_2复合电极材料的电化学性能效果最好,在5 mV/s的扫描速度下其比容量可达到190 F/g;高锰酸钾添加量为0.3 g时,CB/PANI/MnO_2复合电极材料在0.5 A/g的电流密度下,电极材料的质量比电容高达354 F/g。     

Nickel and Lanthanum Hydroxide Nanocomposites with Much Improved Electrochemical Performance for Supercapacitors

By developing a facile low temperature hydrothermal process, we demonstrate the direct growth of nickel and lanthanum hydroxide nanocomposites on Ni‐foam substrate. The hydroxide nanocomposites thus derived show much enhanced overall electrochemical capacitance and improved stability of the alpha nickel hydroxide phase in alkaline solution. By adjusting the initial molar ratio between nickel and lanthanum nitrates from 1:0 to 1:2, the electrochemical behavior, such as specific capacitance, shows a dramatic change, while the nickel hydroxide phase evolves from beta nickel hydroxides (1:0) to alpha nickel hydroxide (1:2). Lanthanum hydroxide is not expected to contribute to the pseudocapacitance as it only shows a capacitance of <10 F/g. The specific capacitance is increased from 970 F/g (Ni:La = 1:0) to 1874 F/g (Ni: La = 1:2) at the discharging current of 1 A/g. At high discharging currents (e.g. 10 A/g), the Ni:La = 1:2 sample can retain a capacitance of 1055 F/g. An excellent cycling performance is demonstrated for the Ni:La = 1:2 nanocomposite sample upon 2000 cycles at the discharging current density of 2 A/g, where the stability of alpha nickel hydroxide in the alkaline solution is improved. The low temperature hydrothermal method compares favorably to other previously documented preparation processes, such as chemical coprecipitation and electrochemical deposition, for lanthanum‐doped nickel hydroxides, where the specific capacitance is typically less than 1000 F/g (1 A/g).     

Fabrication of a fibrous MnO2@MXene/CNT electrode for high-performance flexible supercapacitor

As shining stars of 2-dimensional materials, transition metal carbides (MXene) and transition metal oxides have attracted much interest in various energy fields due to their excellent conductive and electrochemical properties. However, big challenge still remains in the accessibility of high-performance fibrous electrodes for flexible supercapacitors. In this paper, MnO₂ nanorods are loaded on MXene sheets to obtain MnO₂@MXene composites by a facile hydrothermal method, which are subsequently coated on carbon nanotube fibers (CNTFs). With a fine control on morphology, the resulting MnO₂@MXene/CNTF electrode exhibits a high specific capacitance of 181.8 F/g at 1 A/g, a capacitance retention of 91% after 5000 charge-discharge cycles, as well as superb flexibility, i.e., neglected capacitance loss at a bending angle of 180°. The as-fabricated flexible composite fiber opens a new door for transition metal carbides and transition metal oxides with great potential in flexible electronics.     

不同方法制备聚苯胺/MoS_2复合材料及其电容性能

结合Li插层法制备的单层MoS2,分别采用溶液法和乳液法原位聚合制备了聚苯胺/MoS2复合材料。由FT-IR光谱对其结构进行表征,由电化学工作站测试其做电容器电极材料的电化学性能。结果表明,相同MoS2用量下,乳液法制备的聚苯胺/MoS2复合材料在0.8 A/g电流密度下的比电容为245 F/g,是溶液法聚苯胺/MoS2复合材料的3倍;充放电1000圈后的比电容保持率为82%,比溶液法聚苯胺/MoS2复合材料高11%,显示出更好的电容性能。     

Integration of MnO2 and ZIF-Derived nanoporous carbon on nickel foam as an electrode for high-performance supercapacitors

MnO₂ has the highest potential as a supercapacitor electrode; however, its disadvantage in electronic conductivity hinders its widespread use. This study reports the excellent electrochemical performance of MnMC/NF (MnO₂ and ZIF-derived nanoporous carbon on nickel foam) composites. MnMC/NF composites are produced when leaf-like Co-ZIF is annealed on nickel foam, followed by potassium permanganate treatment. When the annealing temperature reaches 700 °C, the maximum specific capacitance of 531 F/g is achieved at 1 A/g (456 F/g at 20 A/g) with a rate capability of 85.5%. MnMC/NF700 has a long cyclic stability, and the capacitance retention was 82% after 5000 cycles. The energy density of an assembled device using MnMC/NF700 composite as positive electrodes can reach 38.8 Wh/kg. This is due to the combined effect of nickel substrate's 3D porous structure and the excellent electronic conductivity of ZIF-derived nanoporous carbon. The unique configuration of MnMC/NF composites may provide a referable design for energy storage systems, including materials that have the highest potential for use as supercapacitor electrodes.     

基于聚苯胺改性构建三维MXene复合材料及其电容性能

通过直接电化学法,本文利用MXene表面官能团的诱导能力,在外加电场的作用下,将苯胺单体与MXene共同修饰在不锈钢电极表面,成功制得具有三维结构的MXene/聚苯胺复合电极材料。采用SEM、XRD、XPS、FTIR和Raman光谱对复合电极材料的表面形貌、物相结构和组成进行了表征,并在1mol/L H₂SO₄中详细研究了该电极材料的电容性能。结果表明,得益于MXene的掺杂,MXene/聚苯胺复合电极表现出较好的电子传导能力和优异的电容性能,在10mV/s的扫描速率下电容可达417F/g,当扫描速率增至200mV/s时,其电容保持率为52%,比纯PANI电极高31%。该复合电极材料具有良好的循环稳定性,在1.0A/g的电流密度下循环2000次后电容保持率可维持在83.4%。此项研究工作可为三维MXene复合材料的构建提供设计思路。     

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。     

聚苯乙烯基多孔炭/二氧化锰复合材料的制备及电容性能

以水溶性聚磷酸铵为致孔剂,苯乙烯为碳源,制备出分级多孔炭(HPC),然后经水热法制备得到二氧化锰包覆多孔炭复合材料。采用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、热重分析和物理吸附等对所得材料表面形貌以及结构性能进行表征;采用循环伏安法、恒流充放电、交流阻抗和循环稳定性测试对其进行电化学性能分析。结果表明,当KMnO_4∶HPC=4∶1时,所得复合材料中二氧化锰的含量为55%时,电容性能最好。在0.2 A/g的电流密度下,1 mol/L Na_2SO_4电解液的三电极体系中测试,该复合材料比电容最高可达到216 F/g,且循环1 000次后,比容量保持81%。复合材料优异的电容性能归功于分级多孔炭发达的孔隙结构和均匀的二氧化锰包覆。     

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。     

Polyaniline nanowire array encapsulated in titania nanotubes as a superior electrode for supercapacitors

Conducting polymer with 1D nanostructure exhibits excellent electrochemical performances but a poor cyclability that limits its use in supercapacitors. In this work, a novel composite electrode made of polyaniline nanowire-titania nanotube array was synthesized via a simple and inexpensive electrochemical route by electropolymerizing aniline onto an anodized titania nanotube array. The specific capacitance was as high as 732 F g(-1) at 1 A g(-1), which remained at 543 F g(-1) when the current density was increased by 20 times. 74% of the maximum energy density (36.6 Wh kg(-1)) was maintained even at a high power density of 6000 W kg(-1). An excellent long cycle life of the electrode was observed with a retention of ～86% of the initial specific capacitance after 2000 cycles. The good electrochemical performance was attributed to the unique microstructure of the electrode with disordered PANI nanowire arrays encapsulated inside the TiO(2) nanotubes, providing high surface area, fast diffusion path for ions and long-term cycle stability. Such a nanocomposite electrode is attractive for supercapacitor applications.