氮掺杂中药废渣生物质碳材料电容性能研究

以废弃的中药废渣作为前驱体，Ni(NO₃)₂为原位造孔剂，尿素为氮源，采用水热法进行氮原子掺杂改性，再经预碳化-活化法制备氮掺杂生物质碳(Ni-N-CMW)。研究表明制备的生物质碳材料具有丰富的孔隙结构，改性掺杂的生物质碳材料Ni-N-CMW比表面积和平均孔径分别为2234.17 m²·g^-1和1.86 nm。对生物质碳材料进行电化学性能测试，结果表明氮掺杂改性生物质碳材料比电容为405 F·g^-1,明显高于未掺杂的生物质碳(256 F·g^-1),且在电流密度增加至8 A·g^-1时，Ni-N-CMW比电容依然能达到332 F·g^-1,电容保持率高达82.1%。除此之外，在5000次循环充放电结束后仍能保持91.2%的比容量，具有良好的循环稳定性。本研究不仅提供了一种回收利用中药废渣的方法，而且为进一步发展中药废渣在电容器电极材料领域的应用提供了理论依据。     

微波加热一步制备超级电容器用多孔炭

为了降低超级电容器用多孔炭的成本,以花生壳为原料,磷酸为活化剂,采用微波加热法一步制备了多孔炭,研究了该多孔炭的电化学性能。结果表明,当磷酸/花生壳质量比为3,微波功率为600 W,加热时间为20 min时,所制多孔炭的比表面积为1 494 m2/g。随着磷酸/花生壳的质量比从0.6增加到3,多孔炭的比表面积逐渐增大。在电流密度为50 mA/g时,所制电极的比容达196 F/g,300次循环后,其比容保持率为92.7%。     

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。     

柠檬酸镁掺杂的葡萄糖基电极材料的制备及电化学性能北大核心

以葡萄糖为前驱体、柠檬酸镁为模板,先预碳化再结合KOH活化制备高性能多孔碳电极材料。通过扫描电子显微镜（SEM）研究掺杂柠檬酸镁前后样品的形貌结构,发现通过柠檬酸镁模板法制备的活性碳孔径分布更为均匀。通过氮气吸脱附测试发现,以柠檬酸镁为模板,活性碳的比表面积由135.6 m2/g提高到326.13 m2/g。电化学测试结果表明,以柠檬酸镁为模板,电极材料的双电层电容特性得到明显提高。在电流密度为0.5 A/g时,AC-Mg的比电容139.88 F/g远大于AC的比电容31 F/g;在10 A/g的电流密度下,AC比电容保持率为72.5%,AC-Mg比电容保持率增加到87%,电极材料的电阻从1.589Ω下降到1.021Ω,具有更好的导电性,在进行了5 000圈循环测试后,AC-Mg比电容保持率仍为96%。     

组合活化制备高孔隙率球形多孔炭及其超级电容性能

球形多孔炭具有堆实密度高、电极制作容易、比电容高等优点,是超级电容器理想的电极材料。优化球形多孔炭的比表面积和孔径结构是提高其储能性能的重要途径。本文将氯化锌活化剂与间苯二酚-六次甲基四胺原位共聚,再低温化学活化或辅以二氧化碳物理活化,得到了比表面积1947 m~2/g,孔体积1.27 cm~3/g的球形多孔炭。在1 mol/L的TEABF_4/PC电解液中,以所制球形多孔炭为电极的超级电容器在功率密度分别为259和9519W/kg时,比能量达到30和15 Wh/kg,且在1 A/g循环5000次后,比容量仍然保持在84%。     

萝藦壳衍生多孔碳电极及其在电容去离子中的应用

选用常见的生物质萝藦壳作为碳源,并采用水热碳化法和化学活化法,通过K2CO3和KOH进行活化后,分别得到多孔碳材料并命名为MPJ-KCO和MPJ-KO,与不使用活化剂的样品MPJ-CB进行对比,MPJ-KO具有丰富的微孔和介孔,且比表面积达到1586 m2/g。在扫描速率5 mV/s下,MPJ-KO电极比电容达149.9 F/g。在电容去离子(CDI)脱盐实验中,MPJ-KO电极脱盐量达到16.20 mg/g。通过这项研究,不仅可以最大化废弃生物质的价值,还提供了其在CDI脱盐中的潜在应用。     

碳化温度对植物生物质制备电子材料的影响及其影响机理

我国拥有丰富的植物生物质资源，但并未得到充分利用。植物生物质的碳化产物在电子材料方面具有应用潜力，是实现植物生物质资源充分和有效利用的潜在方法。基于此，文中总结和分析碳化温度对植物生物质碳化产物的微观结构和化学组成的影响，并进一步阐述微观结构和化学组成的变化对植物生物质材料高温碳化制备不同电子材料的影响及影响机理。研究得出：随着碳化温度的升高，碳化产物的比表面积会先增大后减小，比表面积的变化影响产物内部的反应位点数，进而影响其作为电极材料时的比容量、倍率性能以及循环稳定性；且随着温度的升高，产物内的杂质元素以及化学基团明显减少或消失，结构堆积得更紧密且结晶度提高，会出现更大尺寸的石墨微晶，这有利于提升其作为导电材料时的导电性能。     

高比表面三维多孔石墨烯的制备及其电容性能研究

以氧化石墨烯为原料,通过水热处理得到石墨烯水凝胶,浸渍KOH溶液后进一步高温活化制备了高比表面积的三维多孔石墨烯,系统地研究了KOH活化剂用量对石墨烯多孔结构和电容性能的影响规律。研究结果表明,随KOH用量增加,三维多孔石墨烯的比表面积增加,多孔结构更加发达,比容量增大。所制备的三维多孔石墨烯的比表面积最高可达2133 m~2·g~(-1),在1 mol·L~(-1) Et_4NBF_4/AN的有机电解液中于0.2 A·g~(-1)电流密度下的比容量高达108 F·g~(-1),循环和倍率性能优异。优异的电化学性能,结合简单的制备工艺,使得这种方法制备的三维多孔石墨烯成为极具应用前景的超级电容器电极材料。     

双电层电容器用酚醛树脂基活性炭的制备

以酚醛树脂为原料,KOH为活化剂制备双电层电容器用高比表面积活性炭电极材料。考察了工艺因素对活性炭比电容的影响,探讨了酚醛树脂基高比表面积活性炭作双电层电容器电极的电化学特性。结果表明,在固化温度为150℃、炭化温度为700℃,ζ(碱/炭)为4,活化温度为800℃时,制得的高比表面积活性炭双电极比电容可达74.2 F/g。     

有机双电层电容器用活性炭电极的修饰

利用石墨、炭黑、碳纳米管三种导电碳材料,对高比表面积活性炭进行掺杂修饰,制备有机电解液双电层电容器用薄膜电极。经电化学测试发现,在 1 mol/L 的 LiPF6/EC-DEC(体积比 1∶1)溶液中,经不同导电材料修饰后的活性炭电极,其单电极比容量和大电流充放电性能均有较大改善。其中,掺杂 10%(质量分数)碳纳米管的活性炭电极,在 330 mA/g 电流密度下的单电极比容量可达 81 F/g,比未掺杂活性炭电极 60 F/g 的比容量提高了 35%;电流密度从 60 mA/g 增至 330 mA/g,该电极的容量保持率为 79.4%。     

钴酸镍/多孔碳复合电极材料的制备及其电化学性能研究

以玉米芯碳渣为原材料,通过高温热解法制得多孔碳(PC),并以此为基体,以硝酸镍和硫酸钴为原料,通过水热-煅烧两步法成功制备了NiCo_2O_4/PC复合电极材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对该复合材料的形貌和结构进行了表征。在三电极系统中,通过循环伏安和恒电流充放电测试表明NiCo_2O_4/PC复合材料的电容性能较好,在1 A/g的电流密度下,其比电容达到497 F/g。     

Zn-Co@ZIF衍生的双金属氧化物超级电容器性能研究北大核心CSCD

采用溶剂热法制备了Zn-Co@ZIF前驱体,经过500℃氩气退火得到核壳结构的中间体,再经空气退火得到Zn-Co@ZIF衍生的双金属氧化物。研究了空气气氛下不同退火温度对材料结构、形貌的影响,并通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)的方法对电极的电化学性能进行测试。当在空气气氛下退火温度为600℃时,该电极材料晶型较好,电化学性能也较优异。随着退火温度的升高,材料的团聚增加。样品Zn-Co-600在电流密度为0.5 A/g时,电容量最高达169.5 F/g。在电流密度为1 A/g下循环1000次后的比容量保持率为86.9%,说明在低电流密度下电容的保持性较好。     

Zn-Co@ZIF衍生的双金属氧化物超级电容器性能研究

采用溶剂热法制备了Zn-Co@ZIF前驱体,经过500℃氩气退火得到核壳结构的中间体,再经空气退火得到Zn-Co@ZIF衍生的双金属氧化物。研究了空气气氛下不同退火温度对材料结构、形貌的影响,并通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)的方法对电极的电化学性能进行测试。当在空气气氛下退火温度为600℃时,该电极材料晶型较好,电化学性能也较优异。随着退火温度的升高,材料的团聚增加。样品Zn-Co-600在电流密度为0.5 A/g时,电容量最高达169.5 F/g。在电流密度为1 A/g下循环1000次后的比容量保持率为86.9%,说明在低电流密度下电容的保持性较好。     

合成扫速对聚苯胺电极电容性能的影响

采用循环伏安法在不锈钢网上合成了导电聚苯胺(PANI)。研究了合成扫速分别为5,10,20,50,100 mV/s时聚苯胺电极的性能。结果表明,扫速为5 mV/s时生成的聚苯胺膜孔隙最小,比表面积最大,电阻最小,具有最好的电容性能,在0.1 A/g和1 A/g充放电电流密度下,其比容量分别达860 F/g和485 F/g。     

有序介孔炭的合成及电容性能研究

以蔗糖为前驱体,SBA—15介孔分子筛为模板合成了有序介孔炭(OMC)。研究了OMC的结构及电容性能。结果显示:OMC具有二维六方(P6mm)有序结构,比表面积为1046m2/g,孔径为3.7nm,孔容为1.27cm3/g,在1mol/L的硫酸溶液中有良好的电容特性。在充放电电流密度为200mA/g时,OMC比容量达到127.2F/g,当电流密度增大到1200mA/g时,其比容量仍维持在109.8F/g,能够满足快速充放电的要求。较之普通活性炭,OMC的时间常数从10s缩短为5s,高频电容特性和功率性能优异。     

改性活性炭双电层电容器电极材料研究

用氢氧化钾对普通活性炭活化改性,比表面积和总孔容由806m2/g和0.411cm3/g分别增加到1168m2/g和0.577cm3/g。用该材料制成硬币型双电层电容器,经测定炭材料比电容高达203.5F/g,提高了64%;等效串联内阻仅为1.94?,大电流放电时容量衰减小于10%。其突出优点是体积与面积比电容高达109.6F/cm3和17.4×10–6F/cm2。研究发现孔径分布于1.4～2.78nm的超微孔和小中孔,有利于电解质离子形成双电层而提高炭材料的电容量。     

仿生合成CoO/Co/C复合电极材料及其超级电容性能研究

以松木作为生物模板和碳源,以Co(NO_3)_2·6H_2O作为钴源,煅烧制备多孔CoO/Co/C复合电极材料。通过X-射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),N_2等温吸附-脱附(BET)对复合材料的结构和形貌进行表征。结果表明,复合电极材料遗传了木材模板的生物形貌特点和多级孔道结构,BET表面积为369.2 m~2/g。CoO/Co/C电极具有较好的电化学性能,在1 A/g电流密度下比电容达760 F/g,在电流密度5 A/g下循环充放电500次后,电容保持率为73.7%。     

冷冻煅烧法制备NiO/Ni复合材料及电容性能研究

首次采用冷冻煅烧法制备NiO/Ni纳米复合材料,重点考察不同冷冻温度对该复合材料的结构形貌及电容性能的影响。结果表明:随着冷冻温度的降低,结晶过冷度增大,材料的粒径不断减小并且趋于均匀化,比表面积单调增大。当冷冻温度为-20℃时,材料平均粒径为20~50 nm,比表面积达到337.6 m^2/g。同时,纳米Ni单质的引入也增强了材料的导电性能,当电流密度为1 A/g时,其比电容达到820 F/g,所制得NiO/Ni纳米复合材料具有优异的电化学性能。该方法大大降低了材料制备的能耗,为NiO/Ni纳米复合材料的制备方法提供新的思路。     

CoFe类普鲁士蓝纳米立方的合成及超电容性能

利用化学共沉淀法,制备Co Fe类普鲁士蓝纳米立方(Co Fe PBA)超级电容器电极材料。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行物理表征;利用循环伏安法(CV)、恒电流充放电法以及交流阻抗法(EIS)对样品的电化学性能进行研究。结果表明:Co Fe PBA材料为具有面心立方结构的棱长约400 nm的立方颗粒,且表面光滑、颗粒均匀,在氯化钴和铁氰化钾摩尔比为2:1时,产物Co Fe PBA电化学性能最佳,于中性介质1 mol/L硫酸钠溶液中,在1 A/g电流密度下,比电容能达到444.4 F/g,电流密度增大至5 A/g时,比电容仍能保持在423.1 F/g,2000次充放电循环后,在1 A/g电流密度下比电容保持在439 F/g,容量衰减小于2%。     

超级电容器用竹炭的制备及其电容性能

以竹材为原料,在高温Ar保护下制备了高比表面积超级电容器用竹炭材料。用XRD和SEM对所制竹炭进行了物相分析和形貌观察;用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗谱研究了炭化温度对所制超级电容器性能的影响。结果表明:所得竹炭为无定形结构,随着炭化温度的升高,竹炭中石墨微晶向有序态结构发展。炭化温度为500℃时,制备的竹炭电性能最佳。在125mA/g电流密度下的首次放电比电容为226F/g;即使在500mA/g的大电流密度下,其放电比电容仍高达184F/g,第1000次循环时其放电比电容为138F/g,每次循环电容衰减仅为0.046F/g。