可控合成纳米MnO2及电化学性能研究

以高锰酸钾和硫酸锰为原料,采用水热法在相同的反应体系中分别合成了α-MnO2纳米棒和β—MnO2纳米柱,采用XRD,SEM,TEM和BET等分析手段对样品形貌和结构进行表征。结果表明：在MnSO4和KMnO4物质摩尔比为3：2的中性水热反应体系中,反应温度是影响产物形貌和晶型的重要因素。当反应温度在120℃,反应24h时,所得产物为α—MnO2纳米棒和纳米颗粒混合物。当反应温度在150℃,反应24h时,所得产物为β-MnO2纳米柱。BET结果显示,两者的比表面积达118．7m^2／g和84．3m^2／g。采用循环伏安、恒流充放电等方法对产物的电化学性能进行表征。结果表明：α—MnO2的电化学性能明显好于β-MnO2,在-0．2～0．8V的电压范围内,以2．5mA的电流充放电时,α-MnO2的最大比电容是133．2F／g,经过100次循环后容量仍保持在90％以上。     

MnO2/AC复合材料的机械化学法制备及其电容性能

采用机械化学法制备MnO2以及MnO2/AC复合电极材料.用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）研究了所合成材料的晶型与形貌;用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电对电极在6 mol/LKOH电解液中的电容性能进行了测试.结果发现,加入活性炭后,MnO2超级电容器放电电压从1.2 V提高到1.8 V;电极比容量达到了312 F/g,经过300次循环后为260 F/g.     

掺钴氧化钌（RuO2/Co3O4）·nH2O复合薄膜电极的制备与表征

以六水合氯化钴(CoCl2.6H2O)和水合三氯化钌(RuCl3.3H2O)为前驱体,采用胶体法制备超级电容器用(RuO2/Co3O4)·nH2O复合薄膜电极材料。用X射线衍射仪以及CHI660C电化学工作站对该复合薄膜的物相结构及电化学性能进行表征。结果表明:当CoCl2·6H2O和RuCl3·3H2O的物质的量比n(Co):n(Ru)为2:1时,于350℃下热处理2.5 h制备的复合薄膜电极具有优良的性能,在浓度为0.5mol/L的H2SO4电解液中其比电容达到512 F/g,500次充放电循环后比电容量保持在充放电循环前的96.1%;充放电电流为0.01A时,内阻为1.2。     

纳米MnO2超级电容器性能研究

采用液相反应制备了纤维状纳米MnO2，X射线衍射分析表明：产物是α-MnO2和7-MnO2组成的混合晶相。利用循环伏安和恒流充放电测试其电化学性能。在0．15V～0．75V(SCE)工作电压范围内考察了在不同浓度(NH4)2SO4电解液中的电容性能，结果表明：该电极材料在浓度为1mol／L的(NH4)2SO4中具有优异的电容性能；恒流充放测试其比容量可达142．2F／g。     

镧改性二氧化锰电极超大容量电容器的研究

通过KMnO4 和MnCl2 的低温固相反应 ,制备了掺杂稀土氧化镧的二氧化锰超大容量电容器复合正极材料。X射线衍射 (XRD)分析表明 ,所制备复合电极材料中的MnO2 是其α与γ相的混合晶相。透射电镜分析 (TEM )表明 ,复合材料呈棒状结构 ,其平均长度为 2 5 0～ 3 5 0nm ,平均直径为 15～ 2 0nm ,长径比大于 15。通过对新型复合电极材料进行电化学性能测试表明 ,掺入氧化镧的复合电极材料具有更好的充放电性能和电容特性 ,当MnO2 与La2 O3的质量比为 1∶0 .1时 ,复合电极在 2mol·L- 1 (NH4 ) 2 SO4 溶液中单电极最大放电比容量可达 15 6.15F·g- 1 ,比纯二氧化锰电极提高了 5 4.6% ,充放电效率提高了 19.5 %。     

超级电容器用高比表面活性炭的制备与电化学表征

以富含多环芳香烃的廉价有机物为前驱体,采用化学活化方法制备了超级电容器用高比表面活性炭和活性炭电极.考察了活化温度对活性炭电极比电容量的影响,研究了活性炭材料的比表面积和孔结构与活性炭电极的充放电性能之间的关系,并对活性碳电极进行了电化学表征.结果表明,在500～700 ℃范围内,随着活化温度的提高,活性炭电极的比电容量显著增大,当活化温度超过700 ℃时,活性炭电极材料的比电容量变化不明显.700 ℃活化温度下所制备的活性炭材料呈现明显的多孔结构,孔容为1.038 cm3/g,比表面积为1 959 m2/g;所制成的活性炭电极比电容量为210 F/g,等效内阻为0.9 Ω/cm2,10 mA/cm2充放电500次后保持90%以上电容量,交流阻抗图谱在频率低于转化点时表现出纯粹的电容行为,循环伏安曲线显示出良好的可逆特性.     

α-MnO2纳米棒在1 mol/L KOH溶液中的电容行为

通过水热法合成的MnO2纳米粉体,用X射线衍射(XRD)证明其为α MnO2,透射电镜(TEM)证明颗粒形貌为棒状,直径20nm左右,长度在0 5～1 0μm之间。用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等方法研究了该MnO2电极在1mol LKOH溶液中,-0 25～0 45V(vs·Hg HgO)的电位范围内的法拉第"准电容行为"。结果表明:该MnO2电极在1mol LKOH中具有良好的电容性能,其比电容可达300F g以上,在5mA cm2的电流密度下恒电流充放1000个循环后,其容量衰减在10%以内。     

超级电容器用羧基氧化钌薄膜的充放电性能

以RuCl3.3H2O异丙醇溶液为前驱体,分别加热到250、270、300和400℃制备超级电容器用羧基氧化钌薄膜。借助红外光谱仪、扫描电镜、透射电镜和电化学分析仪等手段,研究薄膜的物相结构、微观形貌和电容性能。结果表明:经270℃保温2 h处理后,薄膜的成分为羧基氧化钌。随热处理温度升高,薄膜的比电容逐渐降低,快速充放电性能提高。薄膜的比表面积为88 m2/g;薄膜的比电容达到859 F/g,附着力为20.13 MPa,16 000次循环充放电后比电容保持在充放电循环前的99.7%。     

铝箔刻蚀与导电剂对双电层电容器性能的影响

以浓度为1 mol/L的Et4NBF4/AN作电解液,研究铝箔刻蚀时间与2种导电剂(石墨、导电炭黑)对双电层电容器等效串联电阻与电容性能的影响。结果表明,以石墨为导电剂,随刻蚀时间的增加,活性材料与铝箔的接触电阻减小,可使双层电容器的等效串联电阻减小,电极比电容增大。采用刻蚀80 s的铝箔为集流体,导电炭黑为导电剂可获得较小的等效串联电阻与较大的电极比电容,以此优化组合制得的双电层电容器的等效串联电阻为1.4Ω、比电容达到168.3 F/g。     

竹炭制备高比表面积活性炭及其电容性质研究

[目的]研究竹炭制备高比表面积活性炭及其电容性质.[方法]采用竹材加工剩余物制成的竹炭为原料,以氢氧化钾为活化剂制备了双电层电容器用活性炭,并通过正交试验研究了液固比、活化温度、活化时间及升温速率对产品吸附性能的影响.[结果]得到最优的活化工艺参数如下:碱炭比为4∶ 1,活化温度为770 ℃,活化时间为60 min,升温速率为10 ℃/min,比表面积高达2 379 m2/g,但其质量比电容不是最大.当比表面积为2 121 m2/g时,质量比电容最大(323 F/g),但其体积比电容偏小.[结论]为研制高比电容量且具有实际应用价值的电极材料提供了依据.     

活性炭孔分布对其电容衰减性能的影响

以8种不同孔结构的活性炭为实验对象,利用低温N2(77 K)吸附法测定活性炭的比表面积和孔径分布,并将其涂布到铝箔集流体上组装成双电层超级电容器。以1 mol/L四氟硼酸四乙基铵的乙腈溶液(Et4NBF4/AN)为电解液,利用循环伏安和恒流充放电技术研究活性炭的比表面积、中孔和微孔分布以及孔容等对双电层电容器倍率衰减性能的影响。结果表明:活性炭的比表面积、孔径和孔容的适量增大均能提高活性炭的比容量;中孔的适量增加不仅可以减小超级电容器的电阻,还可以提高活性炭的大电流充放电性能,降低大电流充放电时的电容衰减。当电流密度从0.15 A/g增大到9.6 A/g时:中孔活性炭的比电容衰减率平均为14.13%,而微孔活性炭的平均衰减率为20.58%;中孔表面积对比电容的贡献由10.10μF/cm2下降至9.95μF/cm2,而微孔表面积的贡献则由5.68μF/cm2下降至4.21μF/cm2。     

煅烧温度对化学沉淀法制备纳米氧化钌结构与电化学性能的影响

在Ru Cl3·n H2O水溶液中加入Na OH作为沉淀剂,采用化学沉淀法制备氧化钌粉体材料,分析与研究氧化钌的形貌、物相结构及电化学特性,以及煅烧温度的影响。结果表明:随煅烧温度从160℃升高到200℃,煅烧后获得的水合氧化钌的结晶水含量逐渐减少;热分析结果表明水合氧化钌在150~390℃范围内脱去结构水,由无定型转变为金红石型纳米晶体。随煅烧温度从160℃升高到200℃,氧化钌电极在0.1 A/g电流密度下的比电容由862 F/g下降至592 F/g,但在5 A/g大电流密度下的容量保持率由34.82%提高到75.57%,在1 A/g电流密度下充放电200次后比容量保持率由88%提高到97%,即在较高温度下煅烧获得的氧化钌具有更好的电容特性和功率特性,更适合高功率下应用。     

亚胺基团对Schiff碱基过渡金属聚合物电化学性能的影响

采用化学合成法分别制备具有不同亚胺基团的单体Ni（salen）、Ni（salphen）,并分别配制成浓度为1 mmol/L单体溶液.在电化学工作站上,以制备好的碳纳米管电极片为工作电极,用循环伏安法进行电化学聚合得到对应的Schiff碱基过渡金属聚合物.用场发射扫描电镜观察聚合物的微观形貌,以及进行循环伏安法、恒流充放电法、交流阻抗谱测试.结果显示,聚合物poly[Ni（salen）]在碳纳米管层表面形成了带状聚合物,而聚合物poly[Ni（salphen）]沿着碳纳米管沉积生长.经测试得知：聚合物poly[Ni（salen）]和poly[Ni（salphen）]的最大电荷扩散系数分别为1.86×10-9 cm2/s、1.23×10-8 cm2/s,并且在0.05 mA/cm2下的比容量分别为66.6 F/g、106.3 F/g.具有亚胺苯环基团的Schiff 碱基过渡金属聚合物电化学性能较具有亚胺乙基基团的电化学性能更好.     

去合金化制备纳米多孔NiCo_2O_4及其超电容性能

采用快速凝固与去合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni-Co合金,退火后获得纳米多孔NiCo_2O_4材料,用XRD,SEM和TEM分析多孔NiCo_2O_4的相组成和微观结构,并通过循环伏安、恒电流充放电等方法测试多孔NiCo_2O_4电极的电化学性能。结果表明:前驱体Ni1.7Co3.3Al95合金经去合金化和退火后,可获得由10~15 nm厚的纳米片状骨架与孔径30~80 nm的孔隙共同构成的三维纳米多孔NiCo_2O_4。特殊的三维双连续结构使NiCo_2O_4电极表现出良好的超电容性能,在1 A/g的电流密度下,其比电容达755 F/g;当电流密度增加到20 A/g时,其比容保持率达76.6%,且在4 A/g的电流密度下经1000次循环充放电后,比容保持率达93.9%。     

电沉积法制备石墨烯/MnO_2纳米复合电极的电容性能

采用循环伏安法,先在泡沫镍基体上沉积多孔结构的MnO_2纳米片,然后再沉积一层还原石墨烯,得到石墨烯/MnO_2复合材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)与X射线光电子能谱仪(XPS)分析该材料的形貌、结构与价态。采用循环伏安、恒流充放电和电化学交流阻抗技术测试材料的比电容、循环稳定性和阻抗。结果表明,MnO_2为纳米片状结构,石墨烯基本覆盖了MnO_2沉积层。MnO_2与石墨烯复合后,等效串联电阻由0.83Ω减小到0.4Ω,电荷转移电阻由9.34Ω下降到6.76Ω。在2 A/g充放电电流密度下,石墨烯/MnO_2复合电极的比电容为501 F/g,比MnO_2增大25%,在充放电循环3 000次后电容保持率为84%。     

电沉积合成镍/氢氧化镍/聚苯胺薄膜及其电容特性

采用电沉积法合成以铜箔为基底的Ni/Ni(OH)₂/PANI复合电极材料。首先通过电沉积法将Ni/Ni(OH)₂纳米层沉积于铜箔表面,然后通过电化学聚合法在三电极体系下在其表面沉积一层聚苯胺薄片。采用SEM、TEM、FT-IR、XPS、CV、GCD和EIS对Ni/Ni(OH)₂/PANI的形貌、结构以及电化学性能进行了研究。结果表明,Ni/Ni(OH)₂/PANI具有较高的比电容和优异的循环性能。Ni/Ni(OH)₂PANI在1 A/g电流密度时具有1 400 F/g的比电容,当电流密度从1 A/g增加到10 A/g时,其容量保持率为62.7%,表现出良好的倍率性能,并且在10 A/g的高电流密度下循环2 000次后其容量保持率为76%。聚苯胺薄片沉积在Ni/Ni(OH)₂基体表面可以降低电极表面的电荷转移阻抗,同时起到保护电极的作用,使复合电极的电化学循环性能得到改善。     

掺钴对尖晶石型LiMn_2O_4正极材料性能影响

采用固相合成法制备了锂离子电池正极材料用尖晶石型LiMn2O4正极材料,并通过加入Co对材料进行了掺杂改性研究;用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了材料的晶体结构和微观形貌,充放电循环实验对材料的电化学性能进行了测试。结果表明:纯相尖晶石型LiMn2O4初始放电比容量为118.91 mA.h/g,循环25次后放电比容量为107.03mA.h/g,比容量保持率为90.01%;掺杂Co的材料同样具有尖晶石型结构,初始放电比容量略有降低,但循环性能有明显改善,掺Co改性样品Li1.05Co0.04Mn1.96O4的初始放电比容量为114.55mA.h/g,25次充放电循环后,放电比容量为105.76mA.h/g,比容量保持率为92.33%。     

类松果状NiMoO4/MnO2复合材料的合成及超级电容性能

以Na₂MoO₄·2H₂O、NiSO₄·6H₂O和MnO₂为原料, 采用水热法成功制备了类松果状NiMoO₄/MnO₂复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对材料进行表征.结果表明, MnO₂的最佳质量分数为10%, 所得NiMoO₄/MnO₂复合材料具有类松果状形貌, 其颗粒直径为200~600 nm, 且表面粗糙、多孔; 在1 A·g-1的电流密度下, MnO₂质量分数为0、5%、10%、15%、20%时, 所得复合材料NM0、NM5、NM10、NM15和NM20的放电比电容分别为260、248、650、420和305 F·g-1.在电流密度为10 A·g-1下, 最佳样品NM10复合材料的首次放电比容量为102 F·g-1, 经过100次循环后, 其放电比电容稳定在147 F·g-1.该性能的提高, 主要是由于MnO₂的引入弥补了NiMoO₄单一材料存在的不足, 从而达到协同增效的作用.      

MnO2超级电容器材料在中性电解质中的电化学特性

采用常温液相氧化法制备了MnO2超级电容器材料,并用X射线衍射(XRD)和循环伏安以及恒电流充放电测试等方法对所得的MnO2电极材料的结构和电化学特性进行了研究。结果表明:所得的水含MnO2·xH2O为无定型结构,该电极材料在硫酸盐水溶液中比在氯化物溶液中有更宽电位窗口,可达0～1 0V(vs.SCE),比电容达144 1F g,并具有良好的准电容特性和循环寿命。     

电沉积聚苯胺纳米线及其电化学性质

采用恒电流法在不同浓度的苯胺与1mol·L-1高氯酸的混合溶液中,在氧化铟锡(ITO)导电玻璃基底上制备了聚苯胺纳米线.系统研究了苯胺浓度、合成时间对其形貌及电化学性能的影响.SEM结果显示,在不同条件下制得的聚苯胺为线状,直径大约在100～500nm.采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗谱对聚苯胺纳米线电极的电化学性能进行了表征.结果表明,其在3mol·L-1NH4Cl和2mol·L-1ZnCl2的混合溶液中恒电流充放电(电压范围-0.2～0.5V)的比容量最高可达746.7F.g-1.