废茶叶基活性炭的制备及其电化学性能研究

以废茶叶的炭化料为前驱体,KOH为活化剂(碱炭比1∶1、2∶1、3∶1),在800℃下活化1h制备双电层电容器用活性炭电极材料。利用扫描电镜、低温N2吸附对活性炭的形貌、孔结构进行表征,采用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等测试方法评价其在3mol/L KOH电解液中的电化学性能。结果表明,3种活性炭比表面积、总孔容和中孔率最高分别达1 900m2/g、0.919 4cm3/g和35.7%;3种活性炭电极材料在0.055 6 A/g电流密度下的比电容分别为202F/g、255F/g、194F/g,电流密度增加到2.780A/g时,电容保持率分别为84.2%、67.1%、86.6%;等效串联电阻仅为0.10~0.12Ω;在碱碳比为2∶1时制备的活性炭电极材料在2.363A/g下比电容为148F/g,经1 000次循环充放电后,其质量比电容为147.7F/g,电容保持率高达99.3%。     

煤基三维石墨烯基电极在不同电解液中的电化学性能

三维石墨烯材料具有独特的多孔网络连通结构,大的比表面积,良好的光、电、热、力学等性质,被认为是理想的电极材料。以廉价煤炭为原料,通过催化热处理、化学氧化及水热还原等技术制得三维煤基石墨烯宏观体;采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱等检测手段对样品形貌及结构进行表征;并进一步通过恒电流充放电(GCD)、循环伏安(CV)及交流阻抗(EIS)等技术研究了三维石墨烯材料在碱性(6mol/L KOH)、酸性(1mol/L H_2SO_4)及中性(1mol/L Na_2SO_4)_3种水系电解液中的电化学性能。结果表明,三维煤基石墨烯材料在酸性和碱性电解液中具有较高的比电容;其中,在6mol/L KOH水系电解液中的比电容高达288.9F/g,并具有较好的稳定性,充放电循环1 000次后材料的电容保持率为91.6%。     

水热法制备RGO/MnO_x复合材料及其电化学电容性能

通过控制水热反应原料中氧化石墨与氯化锰的比例、甲醇的添加量以及水热反应的温度,制备了不同反应条件下的RGO/Mn Ox复合材料。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和场发射扫描电镜(FE-SEM)表征了样品的晶相结构、氧化石墨的不同含氧基团含量、锰的不同化学价态及其比例和微观形貌。利用电化学工作站测试了样品在三电极测试系统下的循环伏安曲线(cyclic voltammetry,CV)、计时电位曲线(chronopotentiometry)和交流阻抗图谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)。电化学测试表明,用1 mol/L Na2SO4作为电解液,电位范围为0~1V,充放电电流密度为1 A/g的条件下,样品的最佳比电容高达289.8 F/g,在充放电电流密度为20 A/g的条件下,比电容仍然有223.9 F/g,并且在充放电密度为5 A/g的的条件下充放电循环1 000次后样品的比电容仍然保持在初始比电容的84.5%。     

氧化锰/介孔碳/聚苯胺三元复合材料的构建及其超电容性能

通过自聚合反应及高温热处理手段,再采用化学氧化聚合法在复合物的表面自组装生长聚苯胺(PANI)纳米须,成功构筑了MnO/介孔碳(MC)/PANI三元纳米复合材料。材料的结构及其电化学性能测试结果表明:该复合材料的比电容在1.0A/g的电流密度下达到498.6F/g,显著高于MnO/MC二元复合材料的比电容(212F/g);当电流密度增加至10A/g时,比电容仍能保持352F/g。经过1000次的充放电循环,复合电极的比容量保持率为71.6%。     

石墨烯/氧化镍复合材料的微波法制备及电化学性能研究

采用微波法快速制备了石墨烯/氧化镍(MWGO/NiO)复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对其结构和形貌进行了表征。通过循环伏安法和恒电流充放电测试了MWGO/NiO复合材料的电化学性能,考察了微波功率、微波时间、投料比对复合材料性能的影响。结果表明:氧化石墨烯与硝酸镍质量比为5∶4、微波功率为1000W、微波时间为2min时,制备的复合材料电化学性能最好;在充放电电流密度为1A/g及KOH电解液浓度为6mol/L时,复合材料的最大比电容为360.5F/g。     

聚苯胺包覆CoFe类普鲁士蓝复合材料的超电容性能

制备了聚苯胺包覆CoFe类普鲁士蓝纳米立方（CoFePBA@PANI）复合材料,采用XRD、FTIR、SEM和TEM对CoFePBA@PANI复合材料的结构和形貌进行表征,利用循环伏安法（CV）、恒电流充放电法及交流阻抗法（EIS）对CoFePBA@PANI复合材料的电化学性能进行了考察。结果表明:通过植酸的配位作用促使苯胺在具有面心立方结构的CoFePBA表面发生聚合反应,形成了具有核-壳结构的CoFePBA@PANI复合材料。系统地研究了PANI的含量对CoFePBA@PANI复合材料电化学性能的影响,CoFePBA@PANI复合材料在0.5 mol/L Na₂SO₄和H₂SO₄的混合酸性介质中,在1 A/g电流密度下,比电容值达到401.2 F/g,电流密度增大至10 A/g时,比电容仍能保持在367.3 F/g。      

组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶的制备及超级电容器性能

通过一步水热法制备组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶(His-CDs/GA)。该材料具有独特的三维多孔结构、丰富的含氮和含氧官能团, 有利于电解液离子的快速扩散和提供更多的活性位点。当GO与His-CDs的质量比为2 : 1时, His-CDs/GA-2在1 A·g ^-1电流密度下比电容达到304 F·g ^{- 1}, 比GA(172 F·g ^-1)提高了76.7%; 当电流密度从1 A·g ^-1增加到50 A·g ^-1, 其比电容保持率为71.4%; 在电流密度10 A·g ^-1下, 循环充放电30000次后, 比电容仍保留93.5%。由His-CDs/GA组装的对称超级电容器展现出高能量密度(在功率密度为250 W/kg时, 能量密度达到10.14 Wh/kg)和良好的循环性能(在5 A·g ^-1下循环充放电20000次后, 比电容保持率为88.4%)。结果表明, His-CDs/GA是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。     

高性能聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及在超级电容器中的应用

采用化学氧化法制得氧化石墨烯(GO),再用NaBH4还原得到石墨烯(GN);以二氧化锰为氧化剂,室温下通过化学氧化聚合法制备了聚苯胺/石墨烯复合材料(PANI/GN)。采用扫描电子显微镜(SEM)及X-射线衍射(XRD)对其结构和形貌进行了表征。以PANI/GN为活性物质制备电极,1.0mol/L H2SO4水溶液为电解液组装超级电容器,用循环伏安法(CV)和恒电流充放电技术分别测试了PANI/GN电化学性能,在0.1A/g的电流密度下的比容量为468.5F/g,经过1000次连续充放电,电容保持率为84.9%。与PANI、GN单一材料相比,PANI/GN复合物具有较高的比电容和很好的循环稳定性。     

H6PMo9V3O40/PANI复合电极材料的电容特性研究

采用超声氧化聚合法,以自制杂多酸H6PMo9V3O40作为质子酸掺杂剂兼辅助氧化剂,配合过硫酸铵(APS)氧化剂,合成了聚苯胺基复合电容材料H6PMo9V3O40/PANI。以此复合材料为活性物质制备电极,在0.5mol/L H2SO4电解液体系中,通过循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等技术研究其电化学性能。结果表明,H6PMo9V3O40/PANI电极体现出优良的法拉第赝电容特征,循环稳定性能良好,且大电流下充放电特征明显。在-0.1~0.7V(vs.SCE)电压和1.5A/g电流密度下,首次充电比电容量160.643F/g,放电比电容量153.225F/g,充放电效率95.38%,500次循环后,充电比电容量140.543F/g,衰减率12.51%,放电比电容量139.528F/g,衰减率8.94%,充放电效率99.27%。     

NiCo2S4/CNTs复合材料的制备及电化学性能

采用一步水热法合成NiCo2S4和NiCo2S4/CNTs复合材料,通过进行XPS、XRD以及SEM对NiCo2S4、NiCo2S4/CNTs复合材料进行物理表征,采用三电极测试体系在电化学工作站上进行电化学测试。测试结果表明：通过掺杂CNTs改变了NiCo2S4的形貌结构,NiCo2S4在1 A/g电流密度下,比电容可以达到830 F/g,在10 A/g的大电流密度下,比电容保持率仅为78.3%;而NiCo2S4/CNTs复合材料在10 A/g下的比电容保持率可达到78.6%,并且在3 A/g电流密度下循环1000次,比电容保持率高达98.2%。     

聚吡咯/纳米二氧化钛的制备及电化学性能

采用化学原位聚合的方法制备了聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO_2)复合物,其中聚吡咯和二氧化钛的质量比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1,将其作为电化学超级电容器的电极材料,采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了PPy/TiO_2的形貌和相组成,通过电化学测试研究了PPy/TiO_2的电化学性能.结果表明:TiO_2均匀地包覆在PPy基体中,PPy/TiO_2的电化学性能明显优于纯PPy;当PPy与TiO_2的质量比为3∶1时复合材料的电化学性能最佳,即在2 A/g充放电电流密度下,其比电容达到了255.68 F/g,比纯PPy提高了2倍左右;在1 A/g充放电电流密度下,循环充放电1 000圈之后PPy/TiO_2的比电容保持率为87.2%,纯PPy的比电容保持率仅为46.9%.     

双电层电容器用煤基活性炭的制备与电化学性能表征

以河南永城无烟煤为原料、KOH为活化剂制备了高比表面积的煤基活性炭,采用低温N_2吸附法对活性炭的比表面积、孔容及孔径分布进行了表征,并对其用作双电层电容器电极材料的电化学性能进行了系统测试.在KOH与煤的质量比为4:1、活化温度为800℃、活化时间为1h的条件下制备出的活性炭其比表面积高达3224m~2/g,总孔容达1.76cm~3/g,中孔率为57.95%.该活性炭电极在3mol/L KOH电解液中的比电容高达324F/g,且具有良好的循环性能,当电流密度为40mA/g时,经1000次循环后,比电容保持率超过92%,且其漏电流很小.     

原位氧化法制备Zn-Ni氢氧化物纳米片及其电荷存储特性研究

通过简单、低成本的化学浴沉积法在泡沫镍上原位生成了Zn-Ni 氢氧化物(Zn-Ni double hydroxides)纳米片。SEM观察结果表明, Zn-Ni 氢氧化物纳米片均匀附着在泡沫镍表面, 形成均一的多孔纳米片阵列层。此外, 还有大量的Zn-Ni 氢氧化物纳米片聚集成多孔团聚体, 分布于泡沫镍骨架的空隙处, 从而获得较高的活性物质负载量(4.27 mg/cm²)。CV、CP和电化学阻抗测试表明, Zn-Ni 氢氧化物纳米片在2 mol/L KOH电解液中充放电电流密度1 A/g时, 比电容为746.2 F/g(面积电容为3.18 F/cm²); 3000次充放电循环后, 仍保持70.9%的初始比电容。     

聚苯胺纳米纤维的制备与电化学性能

以苯胺为单体、樟脑磺酸为掺杂剂,采用水热法制备了聚苯胺纳米纤维。利用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对聚苯胺进行了结构和形貌表征。在1 mol/L H2SO4电解液中,采用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗等测试技术,对聚苯胺的电化学性质进行了研究。结果表明,成功合成了直径约为50 nm~80 nm的聚苯胺纤维;当电流密度从0.5 A/g(486 F/g)增大到2 A/g(363 F/g)时,聚苯胺的比电容仍达到363 F/g,比电容保持率为74%,并且表现了出较小的内阻。可见,制备的聚苯胺纳米纤维具有较高的比电容和良好的倍率特性,在电化学电容器中有潜在的应用价值。     

三维石墨烯/碳纳米管复合材料及其超级电容器应用

以化学气相沉积法,利用硅藻土作为天然催化剂,制备出三维石墨烯/碳纳米管复合材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和比表面及孔径分析(BET)等方法对材料的形貌和孔径分布进行表征。研究了复合材料在1 mol/L H_2SO_4电解液中的超级电容器电化学性能。循环伏安测试结果表明,在扫描速率为2m V/s时,三维石墨烯/碳纳米管复合电极在1 mol/L H_2SO_4电解液中的比电容达到110 F/g。50 m V/s扫描速率下,复合电极稳定循环10000次容量保持稳定。     

聚苯胺/VS_2纳米复合材料的制备及其在超级电容器上的应用研究

以苯胺为原料采用原位合成法制备了聚苯胺/二硫化钒(PANI/VS_2)纳米复合材料。运用X射线衍射(XRD)分析技术和电子扫描显微镜(SEM)研究PANI/VS_2纳米复合材料的结构特征,采用循环伏安法、恒电流充电/放电和交流阻抗技术手段对其电化学性能进行测试。得到的复合材料最大比电容可达到2077F/g(电流密度为1A/g),远大于PANI和VS_2单组分的比电容,在电流密度为5A/g时循环500次,比电容保持率为96%。     

纳米MnO2/MoS2复合材料的制备及其电化学性能

采用液相沉积法在二硫化钼(MoS_2)上负载二氧化锰(MnO_2)以获得更好的电化学性能,利用多技术表征了样品的物相和形貌,并利用低温氮吸附BET模型测试了样品的比表面积和孔容。结果表明,复合材料继承了MoS_2的球花状形貌,大量MnO_2纳米颗粒沉积在纳米MoS_2片层表面和充填于层间,增大了材料的比表面积和孔容。电化学测试表明:在1mol·L~(-1) Na_2SO_4电解液中,复合材料的比电容可达265.7F·g~(-1)(电流密度为0.3A·g~(-1)),界面转移电阻R_(ct)约为1.64Ω;经过1000次循环充放电,比电容保持率达92.3%,说明复合材料具有良好的电化学性能。     

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。     

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。     

泡沫镍负载球状NiCo_2O_4电极的制备及超级电容性能研究

采用水热法在泡沫镍上生长了球状钴酸镍(NiCo_2O_4)电极材料,利用扫描电镜(SEM)观测了纳米球的表面形貌,利用X射线衍射(XRD)分析了纳米球的结构,通过循环伏安、恒流充放电测试了电极的超级电容性能。结果表明:球状NiCo_2O_4直径500~600nm,均匀生长在泡沫镍骨架上,球状之间存在空隙,可以增大与电解液的接触面积。在电流密度为1A/g,NiCo_2O_4/泡沫镍复合电极放电比电容为970F/g,循环1000次后比电容仍保持在844F/g,放电比容量保持率为82.5%,具有优异的超级电容性能。