超级电容器在煤矿井下本安电源中的应用

介绍了超级电容器的工作原理和特点,为充分利用其优点,用其代替本安电源中的蓄电池,并对其在本安电源储能部分中的应用进行详细设计,将超级电容器组成的储能部分和DC-DC变换部分连接起来在前级进行计算机仿真试验,由前级故障时电源在超级电容器供电时输出电压、电流波形和电容器组块电压波形可知,把超级电容器应用到煤矿井下本安电源中,很好地解决了原来本安电源中蓄电池使用寿命短、维护困难等缺陷.     

超级电容器在电动轮自卸车启动中的应用

通过计算对比超级电容与蓄电池启动过程中启动电流与启动转矩,计算得到630E电动轮卡车的启动功率与所用的超级电容容量,给出了所设计的电动轮卡车超级电容启动系统原理图,并通过实验证明了超级电容启动的可行性。     

氧化石墨烯的制备与改性研究

用改进的Hummers法制备了氧化石墨, 经超声和离心处理, 将氧化石墨转化为氧化石墨烯胶体(Graphene Oxide, GO), 用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对GO进行改性制备了改性氧化石墨烯(Modified GO, MGO), 采用FT-IR、AFM、TEM、SEM、TGA等手段对材料结构和性能进行了表征, 结果表明: 所制得的GO胶体具有很好的悬浮稳定性, 其厚度小于1.16 nm, 表面含丰富的含氧官能团, GO片层呈现出很多皱褶; CTAB与GO之间存在化学键键合作用, 改性后GO的热稳定得到一定程度的提高。     

氧化石墨烯改性黏土水泥浆性能试验研究

黏土水泥浆作为应用广泛的矿山注浆材料,注浆加固初期抗渗滤能力差、结石体强度低且易发生脆性破坏,影响注浆加固效果。以氧化石墨烯(hGO)为改性剂,掺入普通黏土水泥浆,制备了新型黏土水泥浆。通过室内试验,在对比分析h GO掺入量对黏土水泥浆的黏度、稳定性、塑性强度及结石体力学性能等主要性能参数影响的基础上,结合扫描电镜(SEM),从微观形貌角度对h GO的作用机理进行分析,提出了h GO改性黏土水泥浆结石体的生长模型。研究结果表明:hGO改性黏土水泥浆液固结后,结石体内部形成了以h GO片层为核心的黏土—水泥团聚物空间骨架,黏土颗粒填充其中,形成浆液体系架构,这是h GO改性黏土水泥浆性能优于传统黏土水泥浆的主要原因;随着h GO掺量的增加,黏土水泥浆液的黏度最大提高163%,浆液流动性下降;hGO改性黏土水泥浆的稳定性和塑性强度明显增强,同一养护时间塑性强度最大提高7.11倍;浆液结石体的单轴抗压强度和抗剪强度均提高,最大增幅分别为23.94%和25.27%,对浆液耐久性的优化作用明显。     

全纤维基柔性非对称超级电容器的构建与性能研究

随着可穿戴电子产品需求的不断增长,开发高储能性能且机械稳定性优异的柔性电荷存储设备非常必要。采用简易电沉积法,在柔性的单簇碳纤维(CF)上制备了全纤维基聚苯胺(PANI)和WO₃正负极,并匹配成全纤维基柔性非对称超级电容器(ASCs)。结果表明：当扫描速率为10 mV·s^-1时,沉积时间为20min的纳米蠕虫状CF@PANI正极的长度比电容为15.17 mF·cm^-1,而沉积时间为5 min的CF@WO₃纳米绒毛负极的长度比电容为37.06 mF·cm^-1;将二者匹配制成准固态ASCs,该电容器显示出优异的电化学性能及机械稳定性,其长度比电容高达3.89 mF·cm^-1,并且具有优异的倍率性能;此外,这种纤维状的储能器件具有优异的力学稳定性,以任何角度进行弯曲或缠绕,其仍能保持电容性能稳定。由于该纤维状器件是基于碳布纤维,所以很容易将其缝制于衣物中作为可穿戴的储能纺织品。综上,这种新型的全纤维基ASCs在未来可穿戴电子设备的应用中具有巨大潜力。     

三维碗状结构CoS2/C复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

以二氧化硅为硬模板,采用碳化和硫化工艺制备出具有三维碗状结构的CoS_2/C复合材料.利用XRD,Raman和XPS研究了所制备材料的相组成,晶体结构,元素组成和价态.利用SEM和TEM对其微观形貌进行了表征,并采用电化学工作站分析了CoS_2/C作为超级电容器电极材料的电化学性能.结果表明:三维碗状结构CoS_2/C复合材料具有优良的电化学性能,在1 A/g的电流密度下比容量可以达到466 F/g.将CoS_2/C和N-rGO分别作为正极和负极组装的水系非对称超级电容器器件的电压窗口可以拓宽到1.6 V.该器件在0.5 A/g的电流密度下能量密度可以达到13.6 wh/kg,功率密度达到374.5 w/kg.在3 A/g的电流密度下经过5000次循环充放电后容量保持率达到了87%.     

Mn掺杂和还原氧化石墨烯复合对NiAl-LDHs超级电容性能影响

采用水热法制备了水滑石（layered double hydroxides,LDHs) NiAl-LDHs、NiMnAl-LDHs及其分别与还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide,rGO)的复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线光电子能谱、拉曼光谱、电化学工作站对合成的材料进行了结构形貌和电化学性能表征,并研究了Mn离子掺杂和rGO复合对超级电容性能的影响。研究发现：Mn离子掺杂降低了LDHs的结晶度和片层尺寸,提高了分散性,降低了内阻,使倍率性能提高;与rGO复合后,导电性和比容量进一步提高,其中,NiAl-LDHs/rGO具有最高比电容,在1A/g时达1345F/g,在5A/g循环1000次后容量保持率为82.9%。     

超级电容器电极材料的制备与性能研究

采用液相沉淀法制备出纳米棒状MnO2材料,循环伏安测试表明,所制备的MnO2电极材料具有良好的电容特性和较高的比电容量;循环充放电测试显示样品具有理想的循环充放电特性.     

氧化石墨烯电泳分离的初步研究

本论文初步研究了氧化石墨烯电泳分离过程横向尺寸和厚度的分布,并探究了溶液的pH值对氧化石墨烯横向尺寸分布的影响.结果表明,电泳分离后距阳极越近,氧化石墨烯的横向尺寸越小,而厚度则没有太大的区别.溶液的pH值越大,在分离槽中相同位置上的氧化石墨烯的横向尺寸分布越窄.     

Mn掺杂和还原氧化石墨烯复合对NiAl-LDHs超级电容性能的影响

采用水热法制备了水滑石(Layered Double Hydroxides,LDHs)NiAl-LDHs、NiMnAl-LDHs及其分别与还原氧化石墨烯(reduced Graphene Oxide,rGO)的复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、电化学工作站对合成的材料进行了结构形貌和电化学性能表征,并研究了Mn离子掺杂和rGO复合对超级电容性能的影响。结果表明,Mn离子掺杂降低了LDHs的结晶度和片层尺寸,提高了分散性,降低了内阻,使倍率性能提高;与rGO复合后,导电性和比容量进一步提高,其中NiAl-LDHs/rGO具有最高比电容,在1A/g时达1 345F/g,在5A/g循环1 000次后容量保持率为82.9%。     

氧化石墨烯的制备及其对黄药的吸附行为研究

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪及拉曼光谱仪分别对GO进行了表征;以其为吸附材料,探究了GO对正戊基黄药、正丁基黄药和乙基黄药在不同温度条件下的吸附行为。研究结果表明,GO对黄药的吸附符合Langmuir等温吸附模型,提高温度有利于GO对黄药的吸附,该吸附过程为可自发完成,属物理吸附。随着黄药碳链的增长,GO对黄药的饱和吸附量呈递增趋势,且吸附更容易发生。     

纯钛表面氧化石墨烯涂层的制备及生物学性能研究

利用3-氨丙基三乙氧基硅烷在纯钛表面制备氧化石墨烯涂层,扫描电镜、X射线能谱仪、拉曼光谱、X射线光电子能谱技术对涂层的形貌结构和成分进行表征检测;之后通过体外细胞毒性实验、急性溶血实验和SBF模拟体液浸泡实验评估不同处理组钛片的生物学活性。结果表明：体外小鼠前成骨细胞毒性实验、急性溶血实验初步证实复合涂层具有良好的生物相容性;SBF模拟体液浸泡实验表明氧化石墨烯涂层能提高纯钛表面沉积羟基磷灰石的能力。     

添加氧化石墨烯对煤沥青成焦行为的影响

采用TEM观察添加异氰酸苯酯改性的氧化石墨烯( i GONSs)的微观结构,采用TGA研究添加iGONSs前后煤沥青的热解行为,采用偏光显微镜研究添加 i GONSs前后煤沥青焦化产物的光学组织,采用XRD研究添加 i GONSs对煤沥青焦化产物微晶结构的影响。研究表明,添加 i GONSs后,煤沥青的热分解温度变大,热失重率变小,其耐热性能变好; i GONSs对煤沥青碳质中间相的形成起到成核和抑制生长的作用,这使得最终焦化产物的光学各向异性单元尺寸变小;随着 i GONSs添加量的增加,焦化产物的微晶层间距增大,平均微晶高度和平均微晶宽度减小。     

粉煤灰改性及制作NOx复合吸附剂的探讨

选用NaOH溶液对粉煤灰进行改性.先用正交试验法筛选适当的改性条件，再将改性后的粉煤灰与熟石灰、黏合剂等材料混合制作成为复合型氮氧化物吸附剂.动态吸附实验研究结果表明:由改性粉煤灰制作的吸附剂B对NO_x的吸附性能比未经改性的粉煤灰制作的吸附剂A有所提高，在文中所述条件下，4 h内B对NO_x的吸附量比A增加了5.36％.该吸附剂去除NO_x的机理包括物理吸附、化学吸附及吸收过程.     

基于煤与麦秸秆共活化的超级电容器用活性炭电极材料的制备

分别以神木烟煤、麦秸秆及二者混合物为前驱体,采用KOH活化法制备超级电容器用活性炭电极材料（AC1,AC2,AC3）,采用低温N 2 吸附、接触角法对各活性炭的孔结构和润湿性进行表征,并利用恒流充放电、循环伏安、漏电流和交流阻抗等测试手段对各活性炭电极材料的电化学性能进行对比评价。结果表明：AC3兼具AC1比表面积高和AC2润湿性好的优点,其组装的超级电容器在3 mol/L KOH电解液中具有较高的比电容（270 F/g）、充放电可逆性好、较低的漏电流（0.01 mA）和较小的阻抗等特点,反映出煤与麦秸秆共活化过程中存在协同效应。     

煤系粘土岩电解改性的孔隙特征研究

对通辽煤矿煤系粘土岩进行不同电位梯度电化学处理,试验结果表明:随着电位梯度的升高,细泥增量显著降低,粘土岩泥化得到有效抑制。利用低温氮吸附法研究了电化学处理前后粘土岩的孔隙特征与比表面积的变化。研究发现:随着电位梯度增大,开放型孔隙先增加,后减小;各孔径孔容减小;比表面积和总孔容减小,平均孔径增大。当电位梯度为2.0 V/cm时,开放型孔隙最少,比表面积和总孔容分别降为原样品的7.86%和27.20%,平均孔径增幅为46.18%。因此,该电化学处理条件抑制泥化效果最好。     

Recent development of three-dimension printed graphene oxide and MXene-based energy storage devices

The research for three-dimension(3D) printing carbon and carbide energy storage devices has attracted widespread exploration interests.Being designable in structure and materials,graphene oxide(GO) and MXene accompanied with a direct ink writing exhibit a promising prospect for constructing high areal and volume energy density devices.This review not only summarizes the recent advances in 3D printing energy storage devices including printing methods,ink rheological properties,and different energ...