高性能超级电容器用药渣基氮掺杂分级多孔炭的制备

利用合成盐酸林可霉素原料药及衍生物所产生的药渣为原料,通过一步炭化和活化法制备药渣基氮掺杂分级多孔炭(DNHPC)。利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射、氮气吸脱附对DNHPC的形貌、物质结构、成分、比表面积及孔径分布进行表征,并在三电极体系中以6 mol·L-1的KOH水溶液为电解液对DNHPC的电化学性能测试。结果表明DNHPC具有较高的比较面积(1269 m2·g-1)和氮掺杂量(5.3%),并表现出优异的倍率性能和循环稳定性。当电流密度为0. 25 A·g-1时,其质量比电容高达263 F·g-1,当电流密度高达20 A·g-1时,其质量比电容能够达到180 F·g-1,质量比电容保持率高达68.4%,而且经过3000次充放电循环(10 A·g-1)的电容保持率高达93%。     

超级电容器用三维石墨烯的制备和性能研究

通过使用水合肼还原对苯二胺盐酸盐改性过的氧化石墨烯,得到了三维石墨烯。以得到的三维石墨烯作为电极材料,采用循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行研究。结果显示:在电压区间为-0.2~0.8 V,电流密度为2 A·g-1的条件下其比电容为212 F·g-1,当电流密度增加到200 A·g-1时,其比电容仍然保持在156 F·g-1,在20 A·g-1的电流密度下循环1000次之后其容量保持率在98%,较高的比电容、优异的大电流放电性能和较好的循环稳定性表明获得的三维石墨烯是一种优异的超级电容器电极材料。     

石墨烯/δ-MnO_2复合材料的制备及其超级电容器性能

采用螯合法制备了RGO/δ-MnO_2复合材料,并用X射线粉末衍射(XRD)、低压氮气吸附脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱(EDS)、热重(TGA)对其结构和物相进行表征。采用循环伏安测试(CV)、恒电流充放电(GCD)以及循环测试对所制材料电化学储能进行测试。结果表明RGO/δ-MnO_2复合材料比纯石墨烯和纯δ-MnO_2具有更优异的电化学性能。当电流密度为1 A·g-1时,RGO/δ-MnO_2复合材料的比电容可达322.6 F·g-1,比纯δ-MnO_2电极材料高234.2 F·g-1,比纯石墨烯高212.1F·g-1。当电流密度放大10倍后,RGO/δ-MnO_2复合材料的比电容保留率为79.1%。在1000次恒流充放电测试后,比电容为252 F·g-1(99.6%),说明该方法制备的RGO/δ-MnO_2复合材料是一种有应用前景的超级电容器电极材料。     

氮掺杂多孔炭材料的制备及其电容行为研究

氮掺杂多孔炭材料作为电荷存储和电子传输载体,在储能、催化等领域有重要应用,已成为炭材料领域的研究热点之一。通过煤沥青分子结构设计,引入具有亲水性羧基官能团,利用羧基与氮原子配位作用,成功制备了不同微观结构和表面形貌特征的氮掺杂炭材料。实验研究表明,氮掺杂多孔炭材料氮的质量分数为4.99%,氮的化学键合态以石墨氮(N-Q)和吡啶氮(N-6)为主,占比为72.9%。氮原子的引入,显著提升炭材料的电化学性能。在1A·g~(-1)电流密度下,电极材料的比容量为371.6 F·g~(-1),当电流密度增加到10 A·g~(-1)时,比容量为269 F·g~(-1),容量保持率为72.4%。     

盐酸交联法制备多孔碳材料及其超电容性能研究

本文通过在碳前驱体中引入质子交联剂—盐酸,并经过后续模板法制备多孔碳材料并研究其超电容性能。研究表明,盐酸交联剂的引入,显著提高多孔碳的孔结构,比表面积由635 m²·g^-1提升至830 m²·g^-1。电化学测试表明,采用盐酸交联法制备的多孔碳材料表现出更加优异的超电容性能,在硫酸电解液1 A·g^-1的电流密度下,比电容达到236 F·g^-1;同样在活性电解液在2 A·g^-1的电流密度下,比电容达到惊人的1 298 F·g^-1。     

Ni2+掺杂Fe2O3的制备及其在超级电容器中的应用

氧化铁成本低,自然界含量丰富,是一种有潜力的超级电容器材料。因其导电性差,本文以金属有机框架(MOF)为前驱体制备了Ni2+掺杂Fe2O3,以改善其电化学性能。结果表明,在反应时间为8 h,Fe Ni比例为9∶1,电流密度为2 A·g-1时,其比电容为759.2 F·g-1,在10 A·g-1电流密度下,电容保持率为51.4%。     

超盐环境下含氮碳气凝胶的制备及其在超级电容器中的应用

多孔碳材料因其优异的导电性和稳定性,以及成本低廉等优点而成为当今的研究热点之一。以苯酚、甲醛和三聚氰胺为原料,利用高浓度氯化锌来提供超盐环境,经溶剂热反应后,在氮气中800℃下热解制得了含氮碳气凝胶(NCA)。扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和氮气吸附等表征结果表明,该含氮碳气凝胶具有分级多孔蜂窝状结构,其比表面积高达729.6 m2/g。采用三电极测试体系测试了含氮碳气凝胶的电化学性能,结果表明,在三电极体系中,以0.5 mol/L H₂SO₄作为电解液,含氮碳气凝胶在电流密度为1 A/g时比电容达到350.7 F/g;在电流密度为20 A/g时,经过10000次充放电后,含氮碳气凝胶的电容保持率仍高达97.8%。在双电极体系中,含氮碳气凝胶在800 W/kg的功率密度下,能量密度可达26.8 (W·h)/kg。上述结果表明,该含氮碳气凝胶是一种非常理想的超级电容器电极材料。     

碳酸钙模板法煤沥青基多孔碳材料的制备及其电容性能研究

采用硬脂酸处理的纳米碳酸钙作为模板,廉价易得的煤沥青为原料,热解活化制备煤沥青基多孔碳材料。通过调节纳米碳酸钙和煤沥青的质量比,实现了对煤沥青基多孔炭材料孔结构的调控。利用XRD、Raman、碘吸附值、SEM和电化学测试对多孔碳材料的形貌、结构和电化学性能进行了表征与测试。结果表明,制得的多孔碳材料表面具有丰富的孔结构,同时具有优异的电化学性能。当纳米碳酸钙与中温煤沥青粉末质量比为1∶0.5时,所制得的多孔碳材料CP-3的比电容最大,表现出优异的双电层电容行为,在0.1A·g~(-1)的电流密度下的比电容为174.6F·g~(-1),在10A·g~(-1)的电流密度下的比电容为114.1F·g~(-1)。以上研究结果表明,以硬脂酸处理的纳米碳酸钙为模板,煤沥青为原料可以制得电化学性能优异的多孔碳材料。     

多孔氮掺杂石墨烯/MnO2的制备及其电化学性能

用双氧水造孔得到多孔氧化石墨,以尿素为氮源,通过水热法得到了多孔氮掺杂石墨烯(HNG)与MnO2的复合物HNG/MnO2.结果 表明:HNG/MnO2在0.5 A/g电流密度下的比电容可以达到246 F/g,当电流密度达10 A/g,比电容为172 F/g,可以保留70％的比电容.将HNG/MnO2作为正极与石墨烯水凝胶负极组装的非对称超级电容器,在0.5 A/g可以贡献71 F/g的比电容,当电流升至5 A/g仍可有43 F/g的比电容,保持率为62％.此外,非对称超级电容器在5 A/g的电流密度下,稳定循环3000圈后仍可保留90.8％的初始容量.     

基于壳聚糖多孔碳的制备及电容性能研究

以壳聚糖为碳源和氮源,采用预碳化处理和KOH活化两步法制备了壳聚糖多孔碳材料,考察了活化剂KOH用量对电极材料形貌、结构以及电容性能的影响。结果表明:当KOH与预碳化壳聚糖质量比为0.6∶1时,制备的多孔碳材料KOH-CTS-0.6具有最优的电化学性能。KOH-CTS-0.6具有大比表面积(1 348 m~2·g~(-1)),含有丰富的N、O元素(2.9%N和7.4%O)。在电流密度为0.5 A·g~(-1)时,KOH-CTS-0.6的比电容为235.2 F·g~(-1),显示出优秀的倍率能力;在电流密度为10 A·g~(-1)的大电流时,其比电容依然高达178.6 F·g~(-1)。此外,该材料还具有良好的循环稳定性,500次循环后比电容保持率为94%。     

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m²·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下比容量高达234.7 F·g^-1,在大电流密度10 A·g^-1时依然有207.6 F·g^-1的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^-1的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^-1的比容量,表明其具有长时工作的特性。     

纤维素基生物质多孔炭的制备及其超级电容器性能研究

以棉纤维素为原料,采用硝酸盐、尿素、纤维素共混后热裂解的方法制备分级多孔炭HPC样品,通过改变煅烧温度和KOH活化处理对多孔炭比表面积及孔结构进行调控。对比三个不同温度煅烧活化处理后样品的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器工作电极具有优良的电化学性能,其比表面积高达2433.8 m²·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下比容量高达234.7 F·g^-1,在大电流密度10 A·g^-1时依然有207.6 F·g^-1的比容量,具有良好的倍率性能;电极在2 A·g^-1的电流密度下循环10000次后依然有196.1 F·g^-1的比容量,表明其具有长时工作的特性。     

一种生物炭基柔性固态超级电容器的制备及性能研究

利用固体农业废弃物玉米秸秆作为原料,经高温煅烧,KOH刻蚀获得具有较大比表面积的多孔生物炭材料,并采用粉末X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)以及比表面积和孔径分析仪(BET)等表征手段,研究其物理、化学结构和微观形貌。结果表明,所制备的生物炭材料具有发达的“微孔-中孔-大孔”三维贯通多级孔道结构,比表面积高达1228 m2·g^-1。将其作为电极材料,与H₂SO₄/PVA凝胶电解质可组装成为具有柔性的全固态超级电容器。利用循环伏安测试(CV)、恒电流充放电(GCD)以及交流阻抗测试(EIS)对柔性超级电容器电化学性能进行了测试。在电流密度为1.0 A·g^-1的条件下,其比容量可达125 F·g^-1。该器件具有良好的机械柔性和电化学稳定性,将其从0°弯曲至180°的过程中,比电容保持率约为93.5%;以不同弯曲角度将其连续弯折100次后,仍能保持较高的比电容。此外,在弯折角度180°、充放电电流密度为5.0 A·g^-1 的条件下经过500次循环充放电后,比电容值保持率约为95.6%,库仑效率约为94.9%。说明所制备的柔性超级电容器具有优异的充放电性能和长效循环稳定性。作为一种柔性、质轻、便携的储能装置,在可穿戴电子器件领域内具有潜在应用价值。同时该方法也为固体农业废弃物玉米秸秆的高附加值转化利用和新型绿色能源器件创新研制提供了新的技术途径。     

用过期切片面包制备环保超级电容器活性炭电极材料

考虑到世界上每天产生大量的过期面包等过期食品,以过期切片面包为原材料,经碳化、1 mol·L^-1 KOH活化并用稀盐酸中和及去离子水和乙醇洗涤后,制备了过期切片面包活性炭(EBAC)。对过期切片面包活性炭的表面形貌、物相结构、表面官能团、比表面积和孔径分布分别通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氮气吸脱附(BET)进行了表征。在以3 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,进行了活性炭电极材料的电化学性能测试。充放电曲线显示,在0.5 A·g^-1电流密度下,电极材料比电容达到352 F·g^-1;在5 A·g^-1的电流密度下循环1000次后,比电容保持在99.87%,展示出良好的循环稳定性。交流阻抗测试得到的Nyquist图和Bode图则近一步说明了过期切片面包活性炭具有良好的超级电容器性能。     

高导电三明治状MnO2/CNTs/MnO2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO₂具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO₂仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO₂/CNTs/MnO₂复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO₂提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO₂生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO₂发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO₂之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能：在0.1 A·g^-1的电流密度下,能够获得428.8 F·g^-1的可逆比电容,并在5 A·g^-1的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g^-1循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

Three-dimensional strutted graphene loading manganese oxide for supercapacitor

Graphene has shown superiority for advanced carbon electrodes in supercapacitors, characterized by high power density but limited energy density. Combining pseudocapacitive materials with graphene can alleviate the problem. This work synthesized the three-dimensional strutted graphene (SG) via the ammonium-salt-assisted sugar-blowing method, and the self-supporting MnO₂/SG porous monolith was then constructed via growing manganese oxide (MnO₂) nanorod array on the SG support in hydrothermal process. When tested in supercapacitor, the MnO₂/SG hybrid electrode achieved a high specific capacitance of 343.6 F·g^-1 at a current density of 0.5 A·g^-1, exhibiting excellent cycling stability with 83.8% capacitance retention after 5000 cycles. The symmetric supercapacitor further showed a high energy density of 11.93 W·h·kg^-1 at a power density of 500 W·kg^-1. The impressive result indicates a promising prospect of the excellent MnO₂/SG hybrid to be applied to electrochemical energy storage.     

三维筋撑石墨烯负载氧化锰的超级电容器

石墨烯基超级电容器,其功率密度较高,但能量密度受限。开发以三维石墨烯材料为载体的复合型赝电容多孔电极,是解决方案之一。本文采用铵盐辅助化学发泡法,制备了三维筋撑石墨烯泡沫体(SG);以SG为载体,采用水热还原法在其表面生长二氧化锰(MnO₂)纳米棒阵列,从而构建了MnO₂/SG自支撑多孔材料。利用MnO₂/SG复合电极,组装了超级电容器,在0.5 A·g^-1的电流密度下,比电容达343.6 F·g^-1;经5000次循环,其容量保持率为83.8%;在500 W·kg^-1的功率密度下,其能量密度达11.93 W·h·kg^-1。因此,MnO₂/SG复合电极是一种性能优异的赝电容材料,在电化学储能领域有良好的应用前景。     

刚性骨架COS-NMC材料制备及其电化学性能研究

以壳寡糖(COS)为碳前驱体,三嵌段共聚物(F127)和正硅酸乙酯(TEOs)为模板剂,通过溶胶-凝胶法制备了一种用于超级电容器的原位氮掺杂介孔碳材料(COS-NMC-x)。借助质谱仪、TG-DTG、XRD、Raman光谱、N₂吸附/脱附、XPS、FT-IR、亲水性以及电化学评价等手段对材料进行了表征,以研究材料的物化性质和电化学性能。结果表明,COS-NMC-x材料的比表面积、孔容、氮原子数分数随超声时间的增加呈先增后减的趋势,当超声时间为15 min时,样品的比表面积、孔容、氮原子数分数到最大,接触角最小,分别为144.94 m²·g^-1、0.19 cm³·g^-1、7.59%和23.16°。同时对COS-NMC-x进行了电化学性能评价,在电流密度为0.5 A·g^-1时,样品的比电容为189 F·g^-1,远高于同组其他材料,说明较大的孔隙结构和氮原子数分数等有利于材料的电化学性能提升。在10 A·g^-1下经过5 000次循环之后,该材料的电容保持率达到114%,表现出良好的电化学性能,在超级电容器应用方面展现出巨大的应用潜力。     

CoO@CuO电极材料制备及超级电容性能研究

超级电容器因具有功率密度高、充放电速率快、循环使用寿命长等优点而备受关注.CoO是一种优良的超级电容电极材料,理论比容量可以达到4292 F·g-1,但其电导率较低,而且充放电过程中会产生体积膨胀,导致其实际比容量低于理论比容量.为此,本文首先采用热氧化法在泡沫铜导电集流体上生长CuO纳米线阵列,然后采用化学浴沉积法在...     

石墨烯/δ-MnO2复合材料的制备及其超级电容器性能

采用螯合法制备了RGO/δ-MnO₂复合材料,并用X射线粉末衍射（XRD）、低压氮气吸附脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱（EDS）、热重（TGA）对其结构和物相进行表征。采用循环伏安测试（CV）、恒电流充放电（GCD）以及循环测试对所制材料电化学储能进行测试。结果表明RGO/δ-MnO₂复合材料比纯石墨烯和纯δ-MnO₂具有更优异的电化学性能。当电流密度为1 A·g^-1时,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容可达322.6 F·g^-1,比纯δ-MnO₂电极材料高234.2 F·g^-1,比纯石墨烯高212.1 F·g^-1。当电流密度放大10倍后,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容保留率为79.1%。在1000次恒流充放电测试后,比电容为252 F·g^-1（99.6%）,说明该方法制备的RGO/δ-MnO₂复合材料是一种有应用前景的超级电容器电极材料。