NiO-CuO纳米材料的制备及其电化学性能

过渡金属氧化物因具有丰富的氧化还原位点、高的理论容量等特性,常被用作超级电容器的电极材料。但是,单金属氧化物的导电性普遍较差,极大限制了其电化学性能。选用泡沫镍为基底,采用静电纺丝法制备出NiO纳米纤维,并通过掺杂氧化铜制备NiO-CuO双金属氧化物电极材料。实验结果表明：在2 mol/L KOH溶液中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,NiO电极的质量比电容为202.8 F·g^-1,5 000次循环充放电后电容保持率仅为30.28%。同等测试条件下,NiO-CuO电极的质量比电容高达410.4 F·g^-1,电容保持率为60.48%。因而,合理构建双金属氧化物作为电极材料,可充分发挥两种过渡金属的协同效应,大幅提高电极材料导电性和稳定性,进而提升电化学性能。     

聚吡咯包覆的硒化铁复合材料电极的制备及其电化学性能

以普鲁士蓝(PB)作为前驱体,通过固相烧结法在氮气环境中制备FeSe₂材料,结合聚吡咯(PPy)优良的导电性能,利用原位氧化聚合法包覆聚吡咯,设计出了FeSe₂@PPy复合材料。在三电极体系中,以2 mol/L KOH溶液为电解液、FeSe₂@PPy复合材料为工作电极、Hg/HgO电极为参比电极,FeSe₂@PPy复合材料表现出了优良的电化学性能：在0.5 A·g^-1电流密度下的比电容高达1 177 F·g^-1。同时也测量了FeSe₂@PPy复合材料电极的循环性能：在0.5 A·g^-1电流密度下,经过3 000次充放电测试后比电容保持率为90.5%。电化学测试结果表明该复合材料在超级电容器应用方面具有一定的优势。     

碳改性二硫化钼纳米片的制备及其储钠性能

二硫化钼(MoS₂)作为过渡金属硫化物的典型代表之一,具有二维层状结构(层间距为0.62 nm)和较高的理论比容量(670 mAh·g^-1),是一种很有前途的储钠材料。但因其较差的电子电导率和较弱的层间引力,极大地限制了钠离子电池(SIBs)的储钠性能。通过溶剂热法成功制备碳改性二硫化钼纳米片(MoS₂/C-H)。碳材料和MoS₂的成功复合一方面有效提高材料表面和内部的电子电导率;另一方面,使得MoS₂的层间距从初始的0.62 nm宽化到1.00 nm,不仅有利于钠离子的快速脱嵌,还能有效缓解充放电过程中的体积膨胀问题,从而显著提高MoS₂作为SIBs负极材料的循环稳定性和倍率性能。电化学性能测试结果显示在0.5 A·g^-1电流密度下,MoS₂/C-H电极循环200圈后仍可维持320 mAh·g^-1的可逆比容量。此外,MoS₂/C-H电极还具有良好的倍率性能,在0.5,...     

基于2,6NDC的二维纳米阵列MOF材料的制备及其在超级电容器中的应用

金属有机框架(MOF)具有比表面积较大、形貌多样和金属中心丰富等优点。然而传统的以对苯二甲酸(BDC)为配体的MOF直接用作超级电容器电极材料时其比电容低、稳定性差。为此以双苯环有机配体2,6萘二羧酸(2,6NDC)为链接剂,采用简单高效的一步溶剂热法成功合成了超薄片状2D纳米阵列2,6NDC MOF材料,对其物相结构和表面形貌进行了表征分析,并探究了其电化学性能。结果表明,在电流密度为1 A·g^-1下,基于2,6NDC的超薄片状2D纳米阵列MOF具有较高的比电容,为136.2 F·g^-1,而以BDC为配体的MOF比电容只有53.9 F·g^-1。以2,6NDC MOF构筑的超级电容器在电流密度0.5 A·g^-1下的能量密度为28.2 W·h·kg^-1,功率密度为1 650.7 W·kg^-1,且在15 000次循环后依然有约125%的初始放电比容量,显示出优异的循环稳定性。     

3DG/CoSe2@NW锂离子电池负极材料的制备和电化学性能

为开发高效储存性能的锂离子电池(LIB),利用简单的溶剂热反应合成一维Co-硝基三乙酸(NTC)前驱体,与三维石墨烯(3DG)组装并高温退火后,制备了多维度、多孔的3DG/CoSe₂@纳米线(NW)负极材料。通过一系列的表征证明在纳米结构中,CoSe₂纳米粒子嵌入一维多孔碳NW中,该一维多孔碳NW被封装在3DG中。3DG/CoSe₂@NW用作LIB负极材料时,由于其独特的纳米结构,在0.1 A·g^-1电流密度下100次循环后比容量为725.6 mA·h·g^-1,在2 A·g^-1的大电流密度下进行500次的循环后,容量保持率为92.5%。电化学测试结果表明,以3DG/CoSe₂@NW为电极的LIB具有高比容量和优异的循环稳定性。     

ZIF衍生Fe3O4@NC/石墨烯锂离子电池负极材料研究

为了改善Fe₃O₄作为锂离子电池负极材料时循环稳定性差的问题,以铁基沸石咪唑酯框架结构材料(Fe-ZIF)为前驱体,使用多巴胺通过聚合反应与其复合,再与石墨烯通过静电吸附作用组装,经过煅烧碳化,制备了Fe₃O₄@NC/G复合材料。研究结果表明,多巴胺与石墨烯的引入有效提高了Fe₃O₄在充放电过程中的电化学稳定性。在0.1 A·g^-1电流密度下,充放电循环30圈,Fe₃O₄@NC/G的放电比容量为1005.6 mAh·g^-1。当电流密度为2 A·g^-1时,经过300圈循环,其放电比容量仍有838.3 mAh·g^-1。Fe₃O₄@NC/G复合材料优异的电化学性能归因于独特的结构设计,这对其他负极材料的构筑提供了一定的参考价值。     

双添加剂低浓度水系硫酸盐电解液用于2V碳-碳超级电容器

为了解决水系电解液在超级电容器中电压窗口低、能量密度小的问题,研究了含有0.5 mol/L硫酸钾(K₂SO₄)以及聚乙二醇(PEG)和碱金属碘化物(AMI)双添加剂的低浓度中性水系电解液在碳-碳超级电容器中的应用。首先在0.5 mol/L K₂SO₄中添加PEG,由于H₂O-PEG之间的相互作用,3%质量分数的PEG添加剂使得0.5 mol/L K₂SO₄电解液的电化学稳定窗口达到4.70 V。该0.5 mol/L K₂SO₄+3%PEG电解液应用于以商业活性炭YP-50F作为电极材料的碳-碳超级电容器中,可在2V条件下稳定循环10 000次。进一步添加AMI(LiI、NaI或KI)氧化还原添加剂来增大比电容和能量密度,使法拉第反应的比电容进一步提高到400 F·g^-1以上,是原始0.5 mol/L K₂SO₄+3%PEG电解...     

(CoFe)Se2@NC超级电容器电极材料的制备及其电化学性能

金属-有机框架(MOF)衍生的过渡金属硒化物和多孔碳纳米复合材料具有巨大的储能优势,是应用于电化学储能的优良电极材料。采用共沉淀法制备CoFe类普鲁士蓝(CoFe-PBA)纳米立方,并通过静电组装在CoFe-PBA上包覆聚吡咯(PPy)得到CoFe-PBA@PPy;通过在400℃氮气中退火并硒化成功制备了氮掺杂的碳(NC)包覆(CoFe)Se₂的(CoFe)Se₂@NC纳米复合材料,并对其结构和形貌进行了表征。以(CoFe)Se₂@NC为电极制备了超级电容器,测试了其电化学性能,结果表明,在电流密度1 A/g时超级电容器的比电容达到1047.9 F/g,在电流密度5 A/g下1000次循环后具有良好的循环稳定性和96.55%的比电容保持率。由于其性能优越、无毒、成本低和易于制备,未来(CoFe)Se₂@NC纳米复合材料在超级电容器中具有非常大的应用潜力。     

聚合物支撑法制备活性炭膜材料及其超级电容性能

利用聚合物支撑法制备活性炭基碳膜材料,应用于超级电容器电极材料。研究了浓酸改性时聚合物支撑对碳膜的结构和电化学性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、氮气等温吸脱附(BET)等方法表征材料的微观结构,采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等研究其电化学电容性能。结果表明,聚合物支撑法制备的碳膜在1 A·g~(–1)的电流密度下的比电容为128.9 F·g~(–1),低于纯活性炭的比容量(173.3 F·g~(–1));但是,该碳膜在浓酸改性后的比电容达到了185.6 F·g~(–1),远高于浓酸改性的活性炭(71.1 F·g~(–1))。主要原因是支撑聚合物在高温热处理留下的碳基支撑点对于活性炭丰富的孔道结构具有保护作用。     

CaMoO4/GO复合材料的制备及其超级电容器性能

采用水热法成功合成了CaMoO₄/氧化石墨烯(GO)纳米复合材料。通过材料的表面形貌、晶体结构和电化学性能研究合成的纳米复合材料。结果表明,CaMoO₄/GO电极在电流密度0.5 A/g时比电容高达571.82 F/g,并且在1 A/g的电流密度下,经过1000次循环后的比电容保持率仍为84%。为了测试电极材料的实际应用效果,全固态超级电容器(ASC)分别使用CaMoO₄/GO和活性炭(AC)作为正极和负极进行组装。组装的ASC在功率密度1710.3 W/kg下显示出25.18 W·h·kg^-1的能量密度,并且能通过串联4个ASC为红色发光二极管供电。上述结果表明CaMoO₄/GO电极材料在高性能储能设备的应用中具有非常大的潜力。     

壳聚糖衍生生物质炭的合成及其在对称超级电容器中的应用

以壳聚糖为原料,ZnCl_2为活化剂,成功制备了氮掺杂的多孔生物质炭材料。经结构表征和电化学性能测试发现,当壳聚糖炭化物与活化剂的质量比为1∶5时,所得氮掺杂生物质炭材料具有最佳的电化学性能。并基于该氮掺杂生物质炭材料构建了全电池型的对称超级电容器,性能测试结果显示,当功率密度为399 W·kg~(-1)时,其能量密度可达到9 Wh·kg~(-1),在5000个充放电循环后的比电容保持率基本维持100%,而且具有很好的倍率性能。将两个对称超级电容器串联充电后,可以点亮9个小灯泡并且驱动小风扇。因此,该壳聚糖衍生的氮掺杂生物质炭材料是一种非常有应用前景的储能材料。     

碳修饰的HMCS@ReS2的合成及其储钠性能研究

二硫化铼(ReS₂)作为过渡金属二硫化物的一员，由于极弱的层间范德华相互作用、较弱的层间耦合能量和较大的层间距，在钠离子电池领域有着良好的应用前景。但是ReS₂自身较低的本征电导率和充放电过程中较大的体积膨胀严重限制了其电化学储钠能力。在空心介孔碳球(HMCS)上原位生长ReS₂纳米片(HMCS@ReS₂),将HMCS@ReS₂复合材料作为高性能钠离子电池负极。碳基材料的复合弥补了ReS₂电导率不足的缺陷，促进了电子的快速转移；空心介孔碳球为ReS₂的体积变化提供了足够的缓冲空间，维持了电极材料的结构稳定性。HMCS@ReS₂作为钠离子电池负极材料时有着优异的倍率性能和循环性能。结果表明，HMCS@ReS₂电极在0.2,0.5,1.0,2.0,5.0 A·g^-1的电流密度下分别表现出388.5,343.4,305.3,262.4,180.1 mAh·g^-1     

锂硫电池正极材料NiO/CNT的制备及性能研究

锂硫电池在电动汽车、无人机等领域受到极大的关注,因其环境友好、材料成本低、理论容量高等特点而被广泛研究,但因硫的导电性能不佳、多硫化物的穿梭效应以及充放电过程中硫的体积变化等阻碍了锂硫电池的商业化。为改善硫不良的导电性及多硫化物的穿梭效应,基于碳材料优异的导电性与氧化物较强的吸附性,采用水合肼在CNT表面还原氯化镍,通过热处理后得到NiO/CNT复合物作为硫的载体,充当电池的正极。物理及电化学表征的结果表明,多孔结构的NiO/CNT比表面积达到48.49 m²·g^-1,在电流密度为1C下,NiO/CNT的首圈比容量达到825 mAh·g^-1,循环100圈后,比容量保持在617 mAh·g^-1且库伦效率在99.3%以上,说明两种材料的复合提高了电池库伦效率和循环性能。     

CuS@7S的室温合成及储锂性能

硫化铜(CuS)具有优异的导电性(电导率为10^-3 S·cm^-1),在能源领域具有广泛的应用前景。为了进一步提高CuS作为锂离子电池负极材料时的比容量,对CuS进行改性。通过在室温液相条件下的歧化反应将硫单质与CuS进行复合,提升了其电化学性能。实验结果表明,合成的CuS@7S复合材料在0.05～0.5 A·g^-1的不同电流密度下都有较高的比容量和较高的库伦效率,CuS@7S复合材料在0.05 A·g^-1电流密度下的放电比容量为1 075 mA·h·g^-1,相比于CuS,其得到了极大的提高。表明S与CuS的复合可为电化学储能提供更多的活性物质,改善材料的导电性,成功提升电极材料比容量。     

玉米芯基多孔炭电极材料的制备及其电化学特性研究

采用高温碳化法、氢氧化钾活化等手段，制备出具有较好充放电性能与循环稳定性的玉米芯基生物质活性多孔炭。探究了碳化温度和无机碱质量占比对玉米芯基多孔炭材料的微观形貌结构、比表面积和电化学性能的影响。结果表明：碳化与活化温度为900℃时，基炭材料与无机碱质量比为1∶2时，该玉米芯基多孔碳材料的比表面积为1591.8 m²/g,在电流密度0.2 A/g时其比容量达到168.6 F/g,在电流密度0.5 A/g时其比容量为159.5 F/g。该生物质活性多孔碳材料具有较好的导电性和储能性能，对超级电容器应用具有十分重要的意义。     

高性能超级电容器用氧化钌/氮掺杂多孔碳复合材料的研究

采用快速、简便的两步合成法,将RuO_2纳米粒子均匀地负载在氮掺杂多孔碳(NPCs)上,形成RuO_2/NPCs复合材料。首先以壳聚糖为前驱体,SiO_2纳米颗粒为硬模板,制备出比表面积高、呈三维多孔结构的氮掺杂多孔碳材料;在此基础上,将RuO_2纳米粒子通过溶胶-凝胶法均匀负载到NPCs碳骨架的表面和孔隙中,得到RuO_2/NPCs-800复合材料。研究结果表明,RuO_2均匀负载在NPCs的碳骨架上,有效地提高了复合材料的导电性;同时,电化学性能测试显示,RuO_2对复合材料的电化学性能有显著提高,当电流密度为0.5 A/g时,RuO_2/NPCs-800复合材料的比电容高达411.5 F/g,相当于同等条件下NPCs(123.9 F/g)的3.3倍;同时显示较好的循环稳定性,在5 A/g电流密度下,5000次循环后,只有6.3%比电容降低。     

碳包覆二硫化铼纳米球的制备及其储钠性能

二硫化铼(ReS₂)由于极弱的层间范德华力和独特的1T’相,使其非常适合作为钠离子电池(SIB)的负极材料,但是由于ReS₂具有电导率较低和充放电过程中体积膨胀的缺点,制约了其SIB性能的进一步提高。制备了一种碳包覆ReS₂(ReS₂/C)纳米球复合材料。通过水热反应制成自组装的ReS₂纳米球,ReS₂纳米球与葡萄糖混合后高温碳化得到ReS₂/C,碳在ReS₂纳米球间形成均匀的三维(3D)碳导电网络。对ReS₂/C负极进行了电化学性能测试。结果表明,3D碳导电网络能够提供电子快速传输的通道,并且3D碳导电网络包覆活性材料可以更好地承受结构应力。得益于均匀碳涂层形成的3D碳导电网络,ReS₂/C负极表现出优异的循环稳定性和倍率性能。研究结果表明,ReS₂/C负极在电流密度0.1、0.2、0.5、1、2和5 A·g^-1时,放电比容...     

基于SWCNT复合硫化镍/氮化镍电极材料的制备及其电化学性能

以单壁碳纳米管(SWCNT)为碳源,氯化镍为金属源,硫脲为氮源和硫源,通过水热和高温热解方法制备N,S-Ni@S@C复合材料,并对复合材料进行物理表征和电化学性能测试。结果表明,SWCNT与硫化镍、氮化镍复合的结构不仅能提高电极材料的电导率,还能提供更多的活性位点供电解质离子插入或脱出,从而显著提高电化学性能。在三电极体系下,N,S-Ni@S@C复合材料具有较高的电压窗口(1.5 V)和优异的充放电能力,在电流密度为1 A·g^-1下,N,S-Ni@S@C的比电容可达162.45 F·g^-1。其比电容与SWCNT相比提高了2.61倍,与SWCNT和氯化镍复合材料(C@Ni)相比提高了19倍,与SWCNT和硫脲复合材料(C@S@N)相比提高了16倍。此外,以N,S-Ni@S@C复合材料为正极,商业活性炭(YP50F)为负极,组装得到非对称型超级电容器(N,S-Ni@S@C//AC)。该非对称型超级电容器在功率密度为818.78 W·kg^-1时,其能量密度可达41.03 W·h·kg^-1,在电流密度为1....     

分子模板诱导碱木质素基多孔比容炭的制备及其超级电容器储能性能

作为造纸产业的工业废料,碱木质素的高效利用十分有限。以碱木质素为主要原料、以蔗糖分子作为软模板,经预炭化与高温炭化两步,实现了木质素基多孔比容炭的简单、绿色及高效制备。表征与测试结果表明,其比表面积高达390 m²/g,平均孔径为2.7 nm,主要以孔径小于1 nm的微孔形式集中分布。电化学测试结果显示,其在0.5 A/g的电流密度下,比电容可达243.5 F/g。这一提升归因于蔗糖软模板带来的丰富微孔结构。在10 A/g的大电流密度下,其比电容为199.9 F/g,比电容保持率约为82%,证明其具有良好的倍率性能。进一步将其组装为扣式超级电容器,展现出30.7 W·h·kg^-1的高能量密度(功率密度450 W/kg),在4 500 W/kg的高功率密度下,电容器仍具有23.6 W·h·kg^-1的能量密度。在1 A/g的电流密度下,经过3 000次循环测试,电容器的比电容保持率仍高达约98%,表现出出色的循环稳定性。本研究为碱木质素在电化学储能领域的应用提供了新方法。     

Co3O4@NC的制备及其电化学性能

过渡金属氧化物是一种超级电容器电极材料。采用共沉淀法制备了立方体Co类普鲁士蓝(Co-PBA)纳米材料,先将Co-PBA在氮气中进行退火,PBA衍生为掺氮的碳纳米盒,得到产物Co@NC,再在空气中250℃下退火,得到Co₃O₄@NC纳米复合材料。Co-PBA材料的微观结构为盒状并均匀分布,平均尺寸约为500 nm。在三电极体系下测试其电化学性能,循环伏安(CV)测试结果显示在不同电流密度下曲线具有相似的形状,拥有良好的对称性,说明该材料制备的电极在充放电时的可逆性较好。Co₃O₄@NC复合材料在电流密度1 A/g时的比电容为1 000.02 F/g,在电流密度5 A/g下充放电2 500次后电容保持率为97.29%,保持了良好的循环稳定性。实验结果表明,Co₃O₄@NC复合材料是一种很有前途的超级电容器电极材料。