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。     

乙酸锌活化制备柚子皮衍生活性碳及其电化学和吸附性能研究

生物质衍生的活性碳在能量存储和环境保护中具有重要的应用潜力.以柚子皮为前驱体,乙酸锌为活化剂,通过一步法制备柚子皮衍生的活性碳.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)对其进行表征.结果表明,制备的活性碳具有大量的纳米尺寸孔以及高的石墨化程度.将该活性碳材料制备成超级电容器的电极,在电流密度为1 A·g-1时,其比电容可以达到210.5 F·g-1,在5 A·g-1电流密度下充放电循环5000圈,其容量保持率为88.5％.在去除水中亚甲基蓝的研究中,Langmuir等温吸附模型和准一级动力学模型能更好地描述吸附动力学和吸附平衡过程,Langmuir单层最大吸附量能达到125.0 mg·g-1.     

三维有序大孔Ni-Co-Mn过渡金属氧化物锂离子电池负极材料制备及电化学性能

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为胶晶模板,溶胶凝胶法辅助制备出三维有序大孔Ni-Co-Mn混合金属氧化物作为锂离子电池负极材料.与相同组份的纳米颗粒相比,三维有序大孔材料具有大幅度提高的电化学性能.三维有序大孔材料具有高达1530 mAh·g-1的可逆容量,在1000 mA·g-1的电流密度下纳米颗粒材料的放电比容量仅为328 mAh·g-1,而多孔材料的放电比容量为876 mAh·g-1,比纳米颗粒材料提高了1.7倍;在100 mA·g-1电流密度下循环100圈之后多孔材料的容量保持率几乎接近100％,而纳米颗粒材料仅为42％.这些结果表明,三维有序大孔结构Ni-Co-Mn混合金属氧化物具有较高的容量和优异的循环性能.     

土壤改性酚醛树脂基碳材料的制备研究

本文采集我国北亚热带北部地区的土壤作为制备酚醛树脂基碳材料的改性剂,研究表明,少量的土壤固相成分可达到显著增强碳材料的石墨化度和孔隙率的目的。当土壤中的固相组成与活化剂碳酸钾的质量比为0.5︰1时,合成的酚醛树脂基碳材料表现出由二维碳层交错构成三维多孔碳骨架,部分无定型的碳质结构转变为有序的石墨晶型,其比表面积和孔体积分别达到1947 m~2·g~(-1)和1.88 cm~3·g~(-1)。在KOH水系电解液中对其进行电化学性能测试,1 A·g~(-1)电流密度下比电容为226 F·g~(-1),表现出较好的倍率性能。     

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。     

氮掺杂微孔活性炭制备及其超级电容性能

以土豆为碳源,乙二胺为氮源,氢氧化钾为活化剂制备具有微孔结构高比表面积氮掺杂活性炭。通过N_2物理吸附、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱和元素分析研究活性炭比表面积、孔结构、形貌及元素组成,并测试其电化学性能。结果表明,当碱碳质量比为5∶1时(NC600-800-5),活性炭材料比表面积最高2 440 m~2·g~(-1)、孔容最大1.07 cm~3·g~(-1)、孔径最大0.82 nm和1.80 nm。电流密度1 A·g~(-1)时比电容可达370 F·g~(-1),经3 000次循环充放电后,比电容保持率为95.2%。     

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。     

纳米锰氧化物超级电容器电极材料的制备与性能

采用模板和液相沉淀两种方法制备了锰的氧化物,XRD的测试结果表明,两种方法制备的锰氧化物分别为MnO2和Mn3O4。从TEM图可以看出,模板法制备的MnO2为直径为5~8nm左右的颗粒,而用液相沉淀制备的Mn3O4形貌为直径约为10nm左右的纤维棒。循环伏安和充放电测试结果都表明MnO2是更好的超电容器的电极材料。MnO2和Mn3O4在200mA·g-1电流密度下的放电比电容分别为157.5和145.0F·g-1,经过500次充放电后比电容分别为132.5和125.0F·g-1,充放电效率分别为64.9%和63.7%。     

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。     

废弃稻壳资源化利用制备高性能多孔储能碳材料

采用废弃生物质稻谷壳为原料,利用简单的降解和活化过程,将其转化为具有较高附加值的储能碳材料。实验结果发现:经水热降解12 h再经化学活化3 h后所得稻壳碳材料比表面积可达1036 m~2/g。在0.2 A/g的电流密度下比电容为441 F/g,在20 A/g的高电流密度下比电容仍可达226 F/g,表现出较高的能量密度和功率密度。经过10000次充放电循环,电容保持率为92.92%,体现出优异的循环稳定性。本论文中生物质碳材料的制备方法,可为废弃农业生物质的高附加值资源化利用提供一条切实可行的途径。     

α-MnO_2纳米针的电容性能

通过简单的水热法合成了α-MnO2纳米针,将其用作超级电容器电极材料,通过循环伏安和恒电流充放电测试手段对α-MnO2纳米针电极进行分析。结果表明,以1mol·L-1 Na2SO4为电解液,电极在-0.6~0.6V的电压范围内具有良好的法拉第电容特性;在电流密度为0.01A·g-1时,电极的比电容最高达56.7F·g-1,且500次循环后,比电容保持率为82%,表明其具有良好的循环性能。     

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。     

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 m~2·g~(-1)。将其作为电极材料,与H_2SO_4/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。     

高比表面积碳纳米碗在超级电容器中的应用

以间苯二酚和甲醛作为碳源,利用模板微球塌陷成碗状结构制备碳纳米碗,再以氢氧化钾作为活化剂高温下活化以获得高比表面积。采用扫描电镜、拉曼散射、氮气吸附脱附、循环伏安、恒流充放电及电化学交流阻抗等方法对其性能进行测试。结果表明,活化碳纳米碗的比表面积高达1423m2/g,在充放电电流密度为0.5A/g的条件下,比电容为175F/g,循环3000次(20A/g)以后可保持96.8%的电容量,实验结果表明是一种优良的超级电容器电极材料。     

基于生物质制备多孔碳的电化学储能研究

近年来,大量化石燃料的使用改变了全球气候,加剧了温室效应并且产生了严重的热污染.能源枯竭和环境污染问题迫在眉睫,为实现生态环境的可持续发展,人们研究和开发了各种新型的储能材料和器件.超级电容器是最近几年发展迅速的一种新型储能装置,典型特点是储能和快速充放电.因为生物质绿色无污染、资源丰富和可再生,另外,生物质氮自掺杂炭材料因为孔隙发达、孔隙可调、耐酸碱、比表面积大,故可作为制备电极材料碳源的最优选择.本文分别以石榴籽和化妆棉两种生物质作为碳源,利用高温热解法来制备生物质氮自掺杂炭材料电极,并测其电化学性能.经过电化学测试得出,在1 A/g的电流密度下,石榴籽与KOH的质量比为3:1时比电容最大,约为295 F·g-1,同样电流密度下,化妆棉与KOH质量比为3:1时比电容最大,约为225 F·g-1.     

秸秆基碳材料在Li_2SO_4电解液中的电化学性能

以生物质秸秆为碳源,利用水热结合KOH活化法制备了多孔碳材料,对其结构与形貌进行了表征。采用三电极体系,在不同浓度的Li_2SO_4电解液中,对多孔碳电极进行循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗测试。结果表明,在0.5 mol·L~(-1)的Li_2SO_4电解液中,秸秆基生物质碳材料呈现出较好的电化学性能。当电流密度为0.5 A·g~(-1)时,比电容可达224 F·g~(-1);经1500次充放电测试后,比电容保持率高达94.1%,循环性能良好。     

沉积电流对水热电沉积法制备硫/钴/镍/氧/复合物超级电容电极材料的影响研究

采用水热电沉积法,以碳纤维纸为正极、泡沫镍为负极,制备硫/钴/镍/氧超级电容器复合电极材料,研究了120℃下获得的薄膜在不同电流密度下(6m A·cm-2至10m A·cm-2)的形貌、组成、结构和超级电容性能的影响规律。结果表明,随沉积电流密度增大,所获得纳米片交错三维多孔结构形貌越致密,并且发生团聚形成球形颗粒倾向增大。当沉积电流密度为8 mA·cm-2的电极材料在1 A·g-1工作时,循环稳定性是这三种电极材料中最优异的,其质量比电容为127.8 mAh·g-1。循环2800次后,比电容为初始比电容的80%。     

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%。     

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%。     

有序多孔球花状MoO3的制备及超级电容性能

通过天然高分子介导的水热法和高温退火活化,两步简便制备了有序多孔球花状MoO_3。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)技术,对材料的形貌、组成和结构进行了表征。循环伏安、恒电流充放电和循环寿命测试的实验结果表明,该材料具有良好的超级电容性能,在1A·g~(-1)的大电流密度下,首次放电质量比电容可达240 F·g~(-1)。当测试电流密度为5A·g~(-1)时,充放电循环2000次后的质量比电容的保持率仍可达81%,表现出优良的循环稳定性。