纳米银复合的多孔生物质硅材料的制备及储锂性能EI北大核心CSCD

以废弃的谷壳为原料,通过镁热还原-银镜反应法成功制备了多孔硅/银复合纳米材料,并研究其结构形貌及储锂性能。结果表明:采用谷壳为原料获得的硅/银复合材料为纳米多孔结构,其粒径约为10~20 nm,纳米银的原位复合可显著提高电极的循环稳定性能、倍率性能和比容量。原位纳米银粒子复合后的Si/Ag电极50次循环后的容量依然能维持750.4 mA·h/g,为石墨类碳材料容量的2倍以上,较生物质硅电极提高了370.2 mA·h/g,采用800 mA/g的电流密度进行大电流充放电时,Si/Ag电极表现出618.3 mA·h/g的可逆容量,远高于Si电极380.2 mA·h/g的容量。性能的改善缘于复合后本体材料较高的导电性和电极/电解液界面的优良性能。     

纳米银复合的多孔生物质硅材料的制备及储锂性能

以废弃的谷壳为原料,通过镁热还原-银镜反应法成功制备了多孔硅/银复合纳米材料,并研究其结构形貌及储锂性能。结果表明:采用谷壳为原料获得的硅/银复合材料为纳米多孔结构,其粒径约为10～20 nm,纳米银的原位复合可显著提高电极的循环稳定性能、倍率性能和比容量。原位纳米银粒子复合后的Si/Ag电极50次循环后的容量依然能维持750.4 mA·h/g,为石墨类碳材料容量的2倍以上,较生物质硅电极提高了370.2 mA·h/g,采用800 mA/g的电流密度进行大电流充放电时,Si/Ag电极表现出618.3 mA·h/g的可逆容量,远高于Si电极380.2 mA·h/g的容量。性能的改善缘于复合后本体材料较高的导电性和电极/电解液界面的优良性能。     

柔性自支撑PDDA-Si/G纳米复合薄膜的制备及储锂性能

通过静电自组装技术成功制备得到柔性自支撑聚二烯二甲基氯化铵-Si/石墨烯(PDDA-Si/G)纳米复合薄膜。该复合薄膜无添加黏结剂及导电炭黑且仍能保持电极结构的完整性,其中石墨烯提供完整的导电网络和机械韧性。电化学测试结果表明,当电流密度为0.2 A/g,复合材料的比容量可达1439.9 (mA·h)/g,库仑效率保持98%以上。且在高电流密度(2 A/g)下,复合材料的比容量仍可维持在499.9 (mA·h)/g,远高于商品化纯Si电极的电化学性能。     

柔性自支撑PDDA-Si/G纳米复合薄膜的制备及储锂性能

通过静电自组装技术成功制备得到柔性自支撑聚二烯二甲基氯化铵-Si/石墨烯(PDDA-Si/G)纳米复合薄膜。该复合薄膜无添加黏结剂及导电炭黑且仍能保持电极结构的完整性,其中石墨烯提供完整的导电网络和机械韧性。电化学测试结果表明,当电流密度为0.2 A/g,复合材料的比容量可达1439.9 (mA·h)/g,库仑效率保持98%以上。且在高电流密度(2 A/g)下,复合材料的比容量仍可维持在499.9 (mA·h)/g,远高于商品化纯Si电极的电化学性能。     

热处理对锂离子电池硅/石墨/炭负极电化学性能的影响

将天然石墨、酚醛树脂和微米级硅粉进行球磨处理制备复合材料前驱物,再于N2气氛下700℃炭化得到硅/石墨/炭(Si/G/C)复合电极材料,采用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜及电化学循环充放电对其形貌、结构及其电化学性能进行表征.结果表明,Si/G/C作为锂离子电池负极材料具有高于900 mA·h/g的可逆比容量,40次循环后保持在550 mA·h/g.对电极进行热处理后,其循环性能显著提高,40次循环后比容量保持在700 mA· h/g.扫描电镜分析结果显示,热处理后集流体上电极材料分布更均匀,因涂抹不均形成的空隙不复存在.热处理后电极结构更致密、内部黏结强度增大使其结构稳定性明显提升,是电极循环性能提高的主要原因.     

硅/炭纳米纤维负极的制备及性质研究

采用静电纺丝法制备Si/PAN纳米纤维,并对其进行载荷冷冻干燥、热处理和炭化处理,制得锂离子电池负极用Si/C纳米纤维材料。通过XRD、SEM、TG-DSC和电化学性能测试分别对其结构、形貌、硅含量和电化学性能等进行分析测试。结果表明:Si/PAN纳米纤维的平均直径为200～500 nm,Si/C纳米纤维材料的平均直径为100～200 nm。当纳米硅粉含量为0.05 g时,在100 mA/g的条件下测试得到Si/C纳米纤维材料的首次放(充)电比容量为853 mA·h/g (541.5 mA·h/g),循环20次后比容量还能保持543.6 mA·h/g,循环保持率达99.78%,表现出较好的循环稳定性。     

ZnMn2O4/Mn2O3/CNT复合正极材料的制备及其在水锌离子电池中的应用

以Zn(NO3)2·6H2O、Mn(AcO)2·4H2O和碳纳米管(CNT)为原料,经过表面活性剂辅助溶剂热反应合成了CNT包覆ZnMn2O4/Mn2O3(ZMO/MO)复合材料,通过XRD和SEM对材料的结构和形貌进行表征.结果表明,CNT均匀包覆在微球状ZMO/MO复合物的表面.在0.1 A/g电流密度下,CNT包覆量为10％(即CNT质量占复合微球质量的百分数,下同)的ZMO/MO/10CNT复合材料放电比容量为112.8 mA·h/g,并且在300次循环后仍能保持在49.6 mA·h/g的可逆比容量.在电流密度为0.1、0.2、0.4、0.8、1.2、2.0 A/g时,其放电比容量分别为126.2、124.4、115.4、94.2、57.3和45.0 mA·h/g.采用循环伏安曲线和电化学阻抗探究了电极的动力学特性,两相复合提高了Zn2+扩散速率,CNT的包覆改善了材料的电荷传递.     

米粉作为碳源包覆改性氧化亚硅材料的研究

针对氧化亚硅（SiO）负极材料充放电过程中体积膨胀较大、容量衰减较快的问题,采用米粉作为碳源对SiO进行包覆改性。XRD测试结果表明,SiO和糯米粉包覆改性材料SiO-NM均没有显著的特征峰,为非晶体结构。SiO的首次放电比容量为1 980.6 mA·h/g,首次充电比容量为891.2 mA·h/g,首次充放电效率为45.0%;糯米粉包覆改性材料SiO-NM的首次放电比容量为942.9 mA·h/g,首次充电比容量为490.4 mA·h/g,首次充放电效率为52.0%,首次充放电效率显著提升。交流阻抗测试结果表明,SiO-NM的电荷转移阻抗R_ct为213.7Ω,显著小于Si的465.4Ω,表明材料的导电性能得到提高。     

Si/VGCF复合材料的储锂性能

以纳米硅颗粒为原料,采用液相法制备了硅纳米粒子与气相生长碳纤维(VGCF)复合的材料(Si/VGCF)。考察了Si/VGCF制备工艺和VGCF的最佳含量,分别采用SEM和TEM表征了Si/VGCF材料形貌和晶体结构,测试和计算了材料电导、BET比表面积和孔尺寸数据。采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试了Si/VGCF复合电极的电化学性能,并与其他碳材料进行了对比分析。结果表明,Si与VGCF形成了多级框架结构,丰富了离子和电子传输网络;同时发达的孔结构也缓解了Si粒子在嵌/脱锂过程中的体积效应,使电极活性材料的利用率和电化学稳定性显著提高。当m(Si)∶m(VGCF)为1:0.5时,Si/VGCF复合电极在500 mA/g的电流密度下,充放电循环100次后,可逆容量高达1470 mA·h/g。     

柔性TiO2@CNFs@SnS2复合纤维膜的制备及电化学性能研究

利用静电纺丝技术结合水热法制备了一种柔性TiO2@CNFs@SnS2复合纳米纤维薄膜.超薄的SnS2纳米片生长在TiO2的碳纳米纤维上形成分层独特的柔性纤维薄膜,其作为锂离子电池的负极材料具备优异的电化学性能,在0.2 A/g的电流密度下充放电循环300次,可逆容量能保持在400 mA·h/g左右.此外,该电极也表现出...     

Co3O4/碳纳米管复合膜的超级电容器性能

采用电泳沉积法在镍片上沉积Co3O4/碳纳米管(CNT)复合膜。利用XRD、SEM和TEM对Co3O4/CNT复合膜进行物性分析,利用循环伏安和恒流充放电测试表征电容性能。研究表明在CNT表面成功包覆了一层Co3O4壳层,形成独特的核/鞘纳米电缆结构。电化学测试表明,Co3O4/CNT复合膜电极具有较好的电容性能,在充放电电流密度为0.5 mA/cm^2时,比电容高达282 F/g;增加电流密度到15 mA/cm2时,比电容为209 F/g,并具有优异的循环稳定性。     

化学镀铜法制备硅铜复合材料及其在锂离子电池中的应用

采用胶体钯溶液为活化液、次磷酸钠为还原剂的镀液体系,对硅粉表面进行化学镀铜,通过正交实验确定了较佳施镀工艺,对Si-Cu复合粉体进行物相和形貌分析,并将其作为锂离子电池负极进行充放电测试. 结果表明,复合粉体出现了铜的晶面衍射峰,硅颗粒表面镀覆了一层致密均匀的铜颗粒;Si-Cu复合材料作为负极的锂离子电池首次放电比容量达1185 mA×h/g, 30次循环后逐渐降至457 mA×h/g, 60次循环后仍保持在350 mA×h/g,一定程度上缓冲了硅在脱/嵌锂时的体积效应,改善了电极循环性能.     

石墨烯负载纳米二硫化钴的制备及其在锂离子电池方面的应用研究

采用二次水热法将纳米二硫化钴负载于石墨烯上,并通过结构表征和电化学性能测试,探讨了纳米二硫化钴/石墨烯材料作为锂离子电池负极的性能。电容量测试结果表明：在电流密度为100 mA/g条件下,二硫化钴/石墨烯复合材料的首周充放电容量分别为1 610 mA·h/g和774 mA·h/g,测算出的库伦效率为48.1%;循环性能测试结果表明：经过50次循环测算后的复合材料的放电比容量为302 mA·h/g,容量保持率为33.4%;倍率性能测试结果表明：当电流密度回复到100 mA/g时,复合材料的比容量恢复至550 mA·h/g。实验制备的纳米二硫化钴/石墨烯复合材料在锂电池负极的应用上表现出了优异的循环性能和倍率性能。     

纳米颗粒组装三维Co3O4微米花材料制备及储锂性能研究

通过软模板法(表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)结合后续空气气氛热处理制备出纳米颗粒组装三维Co₃O₄微米花负极材料。研究中采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试以及交流阻抗测试(EIS)对合成样品进行表征分析。研究结果显示,Co₃O₄微米花材料独特的结构优势赋予其优良的电化学性能,在100 mA·g^-1电流密度下电极具备约920 mA·h·g^-1的循环可逆比容量;在500 mA·g^-1电流密度下循环200次后的循环可逆比容量为757 mA·h·g^-1,容量几乎无衰减。大电流循环性能测试显示,所制备电极即使在2 A·g^-1电流密度下依旧具有476 mA·h·g^-1的循环可逆比容量。简易、有效且低成本化的高性能微米花结构过渡金属氧化物负极材料制备工艺将大大加速转换型电极材料的实际有效应用。     

Phosphorus-doped Ni–Co sulfides connected by carbon nanotubes for flexible hybrid supercapacitor

As promising electrode materials for supercapacitors, nickel-cobalt bimetallic sulfides render the advantages of abundant redox reactions and inherently high conductivity. However, in general, unsatisfactory performance of low specific capacity, low rate capability, and fast capacity loss exist in Ni–Co sulfide electrodes. Herein, we rationally regulate phosphorus-doped nickel–cobalt sulfides (P-NCS) to enhance the electrochemical performance by gas–solid phosphorization. Moreover, carbon nanotubes (CNTs) as conductive additives are added to improve the cycle stability and conductivity and form the composite P-NCS/C/CNT. According to density functional theory, more electrons near the Fermi surface of P-NCS are demonstrated notionally than those of simple CoNi₂S₄. Electrochemical results manifest that P-NCS/C/CNT exhibits superior electrochemical performance, e.g., high specific capacity (932.0 C∙g^‒1 at 1 A∙g^‒1), remarkable rate capability (capacity retention ratio of 69.1% at 20 A∙g^‒1), and lower charge transfer resistance. More importantly, the flexible hybrid asymmetric supercapacitor is assembled using P-NCS/C/CNT and activated carbon, which renders an energy density of 34.875 W·h∙kg^‒1 at a power density of 375 W∙kg^‒1. These results show that as-prepared P-NCS/C/CNT demonstrates incredible possibility as a battery-type electrode for high-performance supercapacitors.     

钛酸锂/石墨烯复合负极材料的制备及电化学性能

以Li₂CO₃、锐钛矿TiO₂和石墨烯为原料，采用固相球磨及喷雾干燥相结合的方法制备钛酸锂和钛酸锂/石墨烯复合负极材料。用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）表征了样品的晶体结构及形貌。通过恒流充放电测试样品的电化学性能，考察不同石墨烯添加量对钛酸锂材料电化学性能的影响。当石墨烯添加量质量分数为1%时，钛酸锂/石墨烯复合负极材料（LTO-G-2）具有优异的倍率性能及循环稳定性。在0.2C、0.5C、1C、3C、5C和10C倍率下的充电比容量为172.9mA·h/g、165.7mA·h/g、163.5mA·h/g、157.4mA·h/g、154.0mA·h/g和143.5mA·h/g。5C倍率下经历200次循环，容量保持率为94.8%。循环伏安测试(CV)表明LTO-G-2样品的极化程度是最小的。交流阻抗测试（EIS）结果显示LTO-G-2的电荷转移阻抗（69.6Ω）小于纯的钛酸锂的电荷转移阻抗（140.5Ω）。     

Preparation and characterization of manganese oxide/CNT composites as supercapacitive materials

Manganese oxide was synthesized and dispersed on carbon nanotube (CNT) matrix by thermally decomposing manganese nitrates. CNTs used in this paper were grown directly on graphite disk by chemical vapor deposition technique. The capacitive behavior of manganese oxide/CNT composites was investigated by cyclic voltammetry and galvanostatic charge–discharge method in 1 M Na₂SO₄ aqueous solutions. When the loading mass of MnO₂ is 36.9 μg cm^− 2, the specific capacitance of manganese oxide/CNT composite (based on MnO₂) at the charge–discharge current density of 1 mA cm^− 2 equals 568 F g^− 1. Additionally, excellent charge–discharge cycle stability (ca. 88% value of specific capacitance remained after 2500 charge–discharge cycles) and power characteristics of the manganese oxide/CNT composite electrode can be observed. The effect of loading mass of MnO₂ on specific capacitance of the electrode has also been investigated.     

复合溶胶–凝胶一锅法制备锂离子电池氧化亚硅/碳复合负极材料

采用复合溶胶–凝胶法结合后续热处理,制备了具有包埋结构的氧化亚硅/碳(SiO_x/C)复合负极材料。扫描电子显微镜分析结果表明:氧化亚硅纳米颗粒嵌入在无定形碳中。电化学性能测试表明:SiO_x/C复合材料具有较高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。材料在0.1 A/g的电流密度下100次循环后的可逆比容量为710 m A·h/g,容量几乎无衰减;在1.6 A/g的电流密度下,可逆比容量为380 m A·h/g。优异的电化学性能是由于材料的包埋结构能有效地缓冲SiO_x充放电过程中的体积膨胀,保证材料的结构完整性和电化学循环稳定性。     

超薄氮硫掺杂碳包覆二硫化铁的制备及储钠性能

钠离子电池（SIBs）因元素丰度高、成本低,在大规模储能领域具有广阔的应用前景,因此探索潜在的适配钠离子电池电极材料具有重要的研究意义。其中,高容量转化型负极材料硫化铁因元素丰度高、成本低、环境友好等优点备受关注。以活性大红染料为碳源,通过溶剂除杂和高温退火过程合成了小于2 nm超薄氮、硫掺杂碳材料包裹二硫化铁（FeS₂/N,S-C）微米颗粒复合材料。三维连续的碳网络与杂原子掺杂,能够协同促进快速的电子传导,可有效缓解二硫化铁储钠过程中的体积膨胀;同时,质量分数低于4%的极低碳含量有助于提升电极和电池的质量及体积能量密度。研究结果表明,FeS₂/N,S-C电极具有较高的可逆比容量（在0.1 A/g电流密度下可逆比容量达到758 mA·h/g）和优异的倍率性能（在10 A/g电流密度下保持207 mA·h/g的可逆比容量）。该研究工作不仅提供了一种潜在的低成本钠离子电池复合负极材料的制备方法,同时探索了高效氮掺杂碳包覆的新思路。