二氧化锰@纳米多孔金/泡沫镍电极材料的制备及其超级电容性能CSCD

通过结合电化学沉积法与化学去合金法制备纳米多孔金(NPG)/泡沫镍(Ni foam)电极,采用电化学沉积法把二氧化锰(MnO2)沉积在NPG/Nifoam基底表面,获得MnO2@NPG/Ni foam复合电极材料.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析了MnO2@NPG/Nifoam复合电极材料的微观形貌和成分.将该复合电极材料作为超级电容器的电极材料,对其充放电特性和循环稳定性等电化学性能进行测试.结果表明,与直接在Ni foam表面电化学沉积生长MnO2材料(MnO2@Ni foam)相比,MnO2@NPG/Ni foam复合电极材料拥有更高的比电容、更优的倍率性能及循环性能.在1 A/g的电流密度下,MnO2@NPG/Ni foam复合电极材料的比电容值为377.9 F/g.经过在50 mV/s的扫描速度下循环2500次后,该电极材料的比容量保持在99％左右.     

一种新型水系锌离子电池正极材料NiCo_(2)O_(4)的制备和电化学性能北大核心CSCD

水系锌离子电池的能量密度高、稳定性好、安全系数高。NiCo_(2)O_(4)材料作为双过渡金属氧化物,其导电性能和电化学活性都很出色,本工作首次采用NiCo_(2)O_(4)材料作为水系锌离子电池的正极。采取了溶胶-凝胶法加煅烧热方法制备出立体尖晶石状的NiCo_(2)O_(4)材料,借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析技术(EDS)和电化学技术等表征测试手段,分析这种新型水系锌离子电池正极材料的形貌和电化学性能。结果表明,立体尖晶石状的NiCo_(2)O_(4)材料有着优良的纯度和结晶性,颗粒分散均匀,没有团聚,无杂质且具有良好稳定的充放电性能。电极在100 mA/g电流密度下,首次放电比容量为92 mA·h/g,100圈充放电测试后放电比容量为60 mA·h/g,200圈后,放电比容量保持在44 mA·h/g。但在循环倍率测试中发现,当电流密度较大时,NiCo_(2)O_(4)电极产生了27 mA·h/g的衰减,在一定程度上有着不可逆的冲击破坏。本研究有助于推动水性锌离子电池电极的应用,为高性能水性锌离子电池电极材料的研发提供实验依据。     

Double metal MOF-based composite structure and performance as supercapacitor electrode

超级电容器作为一种新型储能原件,具有功率密度高和可快速充放电等优点。本文通过溶剂热法制备了铁锰双金属有机框架材料（FeMn-MOF）,并将其作为前驱体,经过高温热处理后,得到碳和金属氧化物的复合结构材料（C-MOF）。采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜对制备得到的材料进行了结构表征,将高温处理后的材料作为电极材料应用于超级电容器,并对其进行了一系列的化学测试。当电流密度为0.5 A/g时,C-MOF基超级电容器的比容量最高可达388.9 F/g,C-MOF基超级电容器的比容量最高可达388.9 F/g。在2 A/g的电流密度下循环5000次后,比容量为初始值的201.5%,说明在循环的过程中C-MOF电极不仅具有良好的循环稳定性,还存在一个活化过程使其比容量增加。这将极大地提高MOF基复合结构材料作为超级电容器电极材料的应用价值,同时也为双金属MOF材料的研究与应用提供了新的思路。     

龙须藻基多孔炭在超级电容器中的应用研究

文章以龙须藻为前体,以KOH为活化剂,通过物理炭化和化学活化的方法制备了一种龙须藻基多孔炭,通过正交实验的方法确定了龙须藻基多孔炭的最佳制备条件,并研究了龙须藻基多孔炭的表面结构特性和其作为超级电容器电极材料的电化学性能。研究结果表明:龙须藻基多孔炭的最佳制备条件为浸渍比为3,炭化温度为700℃,炭化时间为90 min,活化温度为750℃,活化时间为90 min,在此条件下,龙须藻基多孔炭的比表面积为2 269.9 m~2/g,孔体积为1.36 cm~3/g;龙须藻基多孔炭的孔径分布均匀,富含中孔、微孔以及石墨微晶结构;以LXZ-17作为超级电容器的电极,当电流密度为0.5 A/g时,超级电容器的比电容为325 F/g,即使在10A/g的高电流密度下,超级电容器的比电容保持率仍高达82%;在2 A/g的电流密度下,经过1 500次循环充放电后,以LXZ-17为电极的超级电容器的比电容保持率为91%。     

Cu-NiCoP微球的制备及其超级电容性能北大核心CSCD

过渡金属磷化物(TMPs)由于良好的导电性和高比容量,是有前景的超级电容器电极材料。本研究通过溶剂热和磷化反应制备了Cu-NiCoP微球,探究了Cu掺杂量对NiCoP的电化学性能影响。研究表明Cu掺杂量为5%时,材料的电化学性能相对最好,比电容达到1500 F/g(1 A/g的电流密度下),远高于未掺Cu的NiCoP微球(1025 F/g)。将5%Cu-NiCoP和活性炭分别作为正极和负极,组装成非对称超级电容器(ASC)。组装的ASC器件具有良好的循环寿命稳定性,在2 A/g电流密度下循环9200次后,容量保持率为76%。该ASC器件具有较好的倍率性能,在功率密度为750 W/kg时,具有84 Wh/kg的高能量密度。因此,本工作证明了Cu的掺杂可以有效改善NiCoP电极的电化学性能,也探索了Cu-NiCoP作为正极材料在超级电容器储能中的潜力。     

马尾藻基超级活性炭的电化学性能研究

选取马尾藻作为前驱体制备超级电容器电极材料,使用氢氧化钾活化法,探究活化温度、活化时间、浸渍比对电化学性能的影响。其中SAC-800-120-4的比表面积可超过2 400 m²/g,介孔率为56%。采用二电极测试装置,以6 mol/L的KOH溶液作为电解液,在1 A/g的电流密度下,SAC-800-120-4的质量比电容达到了290 F/g,在5 A/g的电流密度下质量比电容为257 F/g,电容保持率为89%,具有优良的倍率性能。在1 A/g的电流密度下,SAC-800-120-4的能量密度为36.62 W∙h/kg,功率密度为604.78 W/kg。     

一步水热法制备三维石墨烯/Fe_(3)O_(4)复合材料及其储锂性能北大核心CSCD

Fe_(3)O_(4)作为锂离子电池负极材料,在充放电时体积变化较大,导致其容量衰减严重。目前,碳包覆是解决这个问题的主要方式之一。本工作以氧化石墨烯(GO)和Fe^(2+)为原料,用一步水热法合成了三维石墨烯片包覆Fe_(3)O_(4)纳米颗粒3DG@Fe_(3)O_(4)复合材料。使用傅里叶红外光谱(FT-IR)仪、热重分析(TGA)仪、X射线衍射(XRD)仪、拉曼光谱(Raman)仪、扫描电子显微镜(SEM)对复合物进行表征,研究结果表明,复合材料呈现石墨烯(G)片包覆Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的三明治结构。同时采用了恒流充放电(GCPL)、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)等电化学测试方法,着重研究了Fe_(3)O_(4)含量对其电化学性能的影响,Fe_(3)O_(4)质量分数为83.2%的3DG@Fe_(3)O_(4)-2电极具有最高的比容量和循环性能,在0.1 A/g的电流密度下的首次放电比容量为1412.33 mAh/g,循环100次后的放电比容量为577 mAh/g,是纯Fe_(3)O_(4)电极材料经历100次循环后的6.5倍。一步水热合成方法具有操作简单、合成条件温和及无需额外添加还原剂等优点;制备的复合电极相比纯Fe_(3)O_(4)具有电极容量高、循环稳定性能好的优势,有助于推动Fe_(3)O_(4)基负极材料在电化学领域中的应用。     

简便制备三维多级Fe_(3)O_(4)/碳纳米纤维一体化电极及其储钠性能研究北大核心CSCD

作为钠离子电池负极材料之一的铁氧化物,其理论比容量高,但在循环过程中会发生较大的体积膨胀,表现出明显的容量衰减。以柔性碳基材料为基底原位构建纳米结构的金属氧化物可作为一种缓解其体积膨胀的有效手段。本文采用化学气相沉积法在泡沫铜上原位生长了多孔碳纳米纤维(CNFs),以此为柔性导电基底,通过盐溶液浸渍与退火相结合的简便方法制备得到三维多级Fe_(3)O_(4)/碳纳米纤维(3D Fe_(3)O_(4)/CNFs)一体化电极电极,并将其用作钠离子电池负极。使用X射线光电子能谱(XPS),拉曼光谱(Raman),扫描电子显微镜(SEM)对样品进行组分分析及形貌表征。使用恒流充放电(GCD),循环伏安(CV),电化学阻抗(EIS)对其进行电化学性能表征。结果表明,尺寸在50~100 nm的纳米棒状Fe_(3)O_(4)均匀分散在多孔碳纳米纤维上,构建出富含孔隙的三维多级结构。在0.1 A/g的电流密度下,3D Fe_(3)O_(4)/CNFs一体化电极经过100圈循环后,其比容量可达893.4 mAh/g,优于CNFs电极,并表现出更快的钠离子扩散动力学,同时具有较好的电化学可逆性。本文为金属氧化物/碳基复合电极研究提供了思路与实验依据。     

三维孔道NiMn-MOF电极材料制备及电化学性能研究

针对目前超级电容器电极材料能量密度较低、制备工艺复杂的难题,利用MOF材料的高比表面积、多孔结构的优势,本工作采用简单可控的一步水热法制备具有三维孔道网络结构的双金属NiMn-MOF纳米片,Ni与Mn相近的原子半径有利于双金属NiMn-MOF的合成以及暴露出更多的活性位点,通过不断优化工艺参数（水热温度和水热时间）,进行对比获得了高比容的NiMn-MOF电极材料。同时借助扫描电子显微技术（SEM）、能谱分析技术（EDS）、X射线衍射技术（XRD）对电极材料的形貌和晶体结构进行详细的表征,利用循环伏安（CV）、恒流充放电（GCD）、交流阻抗（EIS）进行电化学性能分析。在6 mol/L的KOH电解液中进行三电极测试,结果表明当电流密度为0.5 A/g时,其比容量高达1023.5 F/g。以双金属NiMn-MOF为正极,活性炭（AC）为负极组装的非对称超级电容器,在电流密度为0.5 A/g时,其比容量为94.37 F/g,并使用该器件成功点亮红色LED灯,表明所制备的双金属NiMn-MOF纳米片具有良好的电化学性能,为超级电容器电极材料的制备提供了新的思路。     

Electrochemical deposition of MnO2/PEDOT-PSS composite and its capacitance characteristics

通过电化学方法在泡沫镍基底上电沉积MnO2,然后在其表面原位电聚合导电高分子PEDOT-PSS,形成复合结构材料,并研究不同聚合时间包覆的导电高分子层对复合电极电化学性能的影响。采用拉曼光谱、扫描电镜和透射电子显微镜观察制备的复合材料电极的表面形貌与结构。通过电化学测试结果表明,电聚合10 s得到的PEDOT-PSS包覆的MnO2复合材料（P-MnO2-2）的比容量最高（346.5 F/g）,是MnO2电极（179.1 F/g）的1.9倍,在6 A/g大电流密度下仍具有223.5 F/g的比容量,且循环稳定性比较好。最后使用KOH凝胶固态电解液,组装成柔性对称型固态超级电容器点亮一个LED灯。     

水热法制备氮掺杂多孔炭及其在气体吸附/电化学储能中的应用

以椰壳为原料,通过在水热过程中添加尿素直接获得氮掺杂水热炭,再通过CO2活化获得氮掺杂多孔炭.采用扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附脱附、X射线光电子能谱(XPS)、X射线粉末衍射(XRD)对样品的形貌、孔隙结构、元素组成及晶相结构进行表征.作为吸附剂,氮掺杂多孔炭在75℃下对SO_2的饱和吸附容量达到132.4 mg/g,相较于未添加尿素的多孔炭提高了40%;作为电极材料,在三电极测试中1 A/g的电流密度下,比电容达到175.1 F/g,20 A/g下仍有124.6 F/g,20 A/g的电流密度下循环5 000次后,比电容仍保有115.2 F/g.氮掺杂多孔炭由于其简单的工艺流程、廉价易得的原材料以及温和的反应条件,在多个领域展现了其巨大的工业应用潜力.     

Matching the positive and negative electrode based on hierarchical porous carbon supporting π-conjugated polymers composites for asymmetric organic supercapacitor

能量密度是制约超级电容器实际应用的关键因素,通过正负电极材料的比电容匹配,构建有机非对称超级电容器是提高能量密度的有效途径。本工作以活化分级孔碳（aHPC）作载体,以β-萘磺酸为软模板和掺杂酸,借助化学氧化聚合方法,分别制备出活化分级孔碳负载聚苯胺（aHPC@PANI）及活化分级孔碳负载聚1,5-二氨基蒽醌（aHPC@PDAA）纳米复合材料。结果显示,两种复合材料均呈现疏松多孔的结构,且聚合物以纳米尺度均匀沉积在活化多孔碳孔壁内外,这对提高活性物质利用率及其倍率性能十分有利。在1 A/g电流密度下,aHPC@PANI正极材料与aHPC@PDAA负极材料的比容量,分别达256.7 F/g（–0.6～0.8 V）及253 F/g（–2～-0.6 V）。所组装的aHPC@PANI//Et 4NBF4-AN//aHPC@PDAA有机非对称超级电容器呈现宽的电位窗口（2.8 V）,高的能量密度（65 W·h/kg,1.38 kW/kg,基于aHPC@PANI和aHPC@PDAA总质量）及优异的循环稳定性（循环5000次后其容量保持率高达90.2%）。     

Advances in supercapacitors: From electrodes materials to energy storage devices

随着绿色储能器件的快速发展,超级电容器作为兼具高比能量与高比功率的优点,在储能领域具有重要发展潜力的新型储能器件,本综述从超级电容器的电极材料出发,详细概括了超级电容器电极材料的发展,包括双电层电容材料、赝电容材料以及双电层/赝电容复合材料;在此基础上,基于固态电解质,深入讨论了近年来全固态超级电容器的典型构型,针对性地总结了提高储能器件储能容量的关键问题。最后,基于电极材料与电解液的研究焦点,对超级电容器的研究提出了未来发展方向。     

基于天然纤维素物质的C/TiO_(2)/CuMoO_(4)微-纳结构复合纤维材料构筑及其电化学性能北大核心CSCD

锂离子电池作为目前常见的储能器件,具有能量密度高、功率密度大、价格低廉、绿色环保等特点,已经得到广泛应用。目前发展非石墨基负极材料以提升电池性能的需求日益迫切,钼酸铜由于理论比容量高、还原电位低,是一种极具潜力的负极材料。本研究工作以天然棉花纤维为结构支架和碳源构建了一种具有微-纳结构的C/TiO_(2)/CuMoO_(4)复合纤维材料,解决了钼酸铜作为电极材料时导电性差和易粉碎的问题,表现出优异的电化学性能。首先对棉花纤维进行酸碱预处理提高其比表面积;然后通过溶胶-凝胶法在纤维表面沉积超薄二氧化钛层;再利用层层自组装(LbL)技术沉积钼酸铜层;最后在氩气氛围中于500℃煅烧6h得到微-纳结构的C/TiO_(2)/CuMoO_(4)复合纤维材料。当用作电极材料时,在100mA/g的电流密度下,钼酸铜质量分数为22.8%的复合材料首圈放/充电比容量分别为1212mAh/g和675mAh/g,库仑效率为55.7%,经过200圈循环后,其比容量为403mAh/g,保持率为59.7%,具有良好的循环性能和倍率性能。这种微-纳结构提高了复合材料的导电性和稳定性,从而增强了其电化学性能。     

FeSe_(2)-C三维导电复合材料的制备及其电化学性能北大核心CSCD

过渡金属硒化物因为具有更窄的带隙和线宽、更高的导电性、更大的层间距、更低的成本以及更高的理论容量等优势,在电极材料领域受到了广泛关注。本研究为着重解决FeSe_(2)电极材料可逆容量低和循环稳定性差等问题,设计了在FeSe_(2)阳极中掺杂膨胀石墨,形成由互相穿插、堆叠的膨胀石墨片组成的三维导电网络结构,以膨胀石墨为碳源,采用简单有效的溶剂热法制备出FeSe_(2)-C负极材料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附法等表征手段,对样品的晶体结构组成、微观结构形貌进行了解析。同时,采用了恒流充放电(GCPL)、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)等电化学测试方法,研究了膨胀石墨的掺杂对FeSe_(2)电化学性能的影响。结果表明,FeSe_(2)-C电极呈现出层级结构且储锂能力良好,具有优异的电化学性能和循环稳定性。在0.1 A/g的电流密度下首次放电比容量高达720.5 mAh/g,充电比容量512.3 mAh/g、首次库仑效率71.1%。在5 A/g的电流密度下经过1000次循环后容量仍有339.1 mAh/g,是纯FeSe_(2)电极材料经历相同次数循环后的8.5倍。利用膨胀石墨构筑三维导电网络的技术方法,可以有效改善FeSe_(2)的电化学性能。     

Nb掺杂Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F空心微球钠离子电池正极材料的制备与性能北大核心CSCD

Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F(NVOPF)具有较稳定的聚阴离子结构、较高的工作电压和理论比能量,是一种具有良好应用前景的钠离子电池正极材料。但该材料在合成过程中易发生不规则团聚,且本征电导率低,导致材料的实际比容量较小,倍率性能和循环性能有待提高。通过离子掺杂以及合成具有微纳结构的材料可以有效提高这类材料的结构稳定性和电导率。本工作首次报道了多元醇辅助水热法合成具有空心微球结构的Nb5+掺杂NVOPF[NVNOPF,Na_(3)V_(2-x)NbxO_(2)(PO_(4))2F(0≤x≤0.15)]材料。所制备的NVOPF和NVNOPF是尺寸为0.7~1.0μm的具有中空结构的微球。可以发现微球由尺寸小于100 nm的纳米颗粒组成。纳米颗粒缩短钠离子的扩散距离,并且缓冲了由于钠离子的嵌入/脱出所导致的体积变化,提高了材料的循环稳定性。同时,掺杂Nb5+增大了NVOPF的晶格参数,增大了Na+扩散通道,将Na+在NVOPF中的固相扩散系数由Na_(3)V_(2)O_(2)(PO_(4))_(2)F的6.46×10^(-16)cm^(2)/s提高至Na3V1.90Nb0.10O2(PO_(4))_(2)F的3.52×10^(-15)cm^(2)/s。Na_(3)V_(1.90)Nb_(0.10)O_(2)(PO_(4))_(2)F材料以0.1 C倍率放电,首次放电比容量达126.4 mAh/g;以10 C倍率放电,初始比容量为98.1 mAh/g,500周循环后的容量保持率为95.2%,明显优于未掺杂材料的66.8%。研究结果显示掺杂Nb5+的空心球形微纳结构有效提高了NVOPF材料的电化学性能和循环稳定性。     

Fabrication of three-dimensional structured graphene for supercapacitors

以氧化石墨为原料,采用电化学还原和超声剥离法制备了三维网状石墨烯,电化学法是在交变场中用方波实现的,最终制得的石墨烯具有明确的三维连通多孔网络结构,孔的大小在亚微米至数微米之间,孔壁由非常薄的石墨烯片堆积而成.用该材料做超级电容器电极材料,用循环伏安法,恒流充放电,交流阻抗法测试电极的电容性能,当扫描速率为10 mV/s时,电容器比电容为140 F/g,等效电阻小于1 Ω,三维网状石墨烯具有性能稳定,充放电效率高,循环性能好,适合于大电流充放电等优良性能.     

Research progress of the electrode materials for electrochemical capacitors

超级电容器是一种利用界面双电层储能或在电极材料表面及近表面发生快速可逆氧化还原反应而储能的装置,因其高比功率和长循环寿命等特点而具有广阔的应用前景,高性能电极材料是当前超级电容器研究的重点.本文简单介绍了超级电容器电极材料的分类,并对碳素材料,过渡金属氧化物,导电聚合物等三类超级电容器电极材料及其复合材料的研究进展进行了简单论述.     

纳米多孔合金快速燃烧氧化及高效储能研究北大核心CSCD

具有高理论比容量的过渡金属氧化物在超级电容器储能领域受到高度重视,然而其高倍率、长循环应用仍存在挑战。本研究以三明治复合NiCuMn/Ni/NiCuMn为母合金,通过脱合金化和自燃烧相结合的工艺制备了一体化、高导电三元多孔NiCuMn体系过渡金属氧化物基电极(MPO-NiCuMn),探究了Cu掺杂量对储能的影响。研究发现,不同Cu掺杂量的母合金在Mn选择性脱出后,会在对称合金层形成三维双连通纳米多孔结构。由于该纳米多孔合金前驱体具有高比表面能,可在含氧空气条件下牺牲部分金属自发燃烧氧化,在保持高导电性的同时提高氧化物负载量(>8mg/cm^(2))。电化学性能表征发现,Cu掺杂量为15%时制备的MPO-Ni15Cu15Mn70电极可在50mA/cm^(2)的大电流密度下展现出12.2F/cm^(2)的比电容,远高于MPO-Ni20Cu10Mn70(5.6F/cm^(2))和MPO-Ni10Cu20Mn70(7.7F/cm^(2))电极。以相同面积的MPO-Ni15Cu15Mn70电极组装的对称超级电容器在50mA/cm^(2)电流密度下循环8000次后,容量保持率为95.7%,且倍率性能优异。该对称器件在功率密度为4.2mW/cm^(2)时,具有241mWh/cm^(2)的高能量密度。本研究验证了适量Cu的掺杂可起到主要协同作用,有效改善超级电容器的储能性能。     

Elecrochemical performance of MXene/silver nanowire supercapacitor electrode material

新型二维材料MXene具有比表面积大和导电性好等优点被广泛应用于超级电容器上，而银纳米线（AgNw）具有优异的导电性，是一种良导体。采用简单的混合自组装法制备出MXene/Ag Nw复合薄膜。使用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、扫描电镜（SEM）及能谱仪（EDS）对其进行物像分析，利用电化学工作站对复合材料的电化学性能进行探究，结果表明当Ag Nw掺杂量为5%时电化学性能最好；在扫描速率为10 mV·s^-1时，比电容可达379.06 F·g^-1；并且电极具有良好的循环稳定性，恒电流10 A·g^-1下，1000次充放电后电容保持率达98.20%。