Ca-Alginate/MXene纤维状柔性电极材料的制备及其电化学性能研究

纤维状电极材料是柔性超级电容器和智能可穿戴储能器件的重要基础材料,然而其容量和强度是制约纤维状电极材料应用的关键问题。本论文以Mxene为储能电极的活性材料,利用海藻酸钠进行增韧改性,通过湿法纺丝技术经过Ca2+交联构筑了高比电容和优异柔性的Ca-Alginate/Mxene纤维状电极材料,并对其电化学性能进行了详细的研究。结果表明,该纤维状电极材料具有优异的比容量和柔性,在0. 5 A·g-1电流密度下,其比电容可以达到122. 3 F·g-1(1386 m A·cm-2)。     

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。     

一步电沉积法制备针状镍钴双金属氧化物及电化学性能的研究

本文通过一步电沉积法在预处理的泡沫镍表面原位生长针状镍钴双金属氧化物,制备得到高负载量的正极材料NiCo_2O_4。对比文献报道,预处理的泡沫镍表面存在细小的孔道结构不仅具备模板作用,而且该模板能够提高单位面积上活性物质的负载量时,具有一定电容贡献,不用二次剔除,制备方法简单高效。经过电化学测试,活性材料NiCo_2O_4的负载量为5.24mg·cm~(-2)时,NiCo_2O_4-泡沫镍电极在1A·g~(-1)的电流密度下,获得高的质量比电容为773F·g~(-1),在0.5A·g~(-1)的电流密度下,充放电测试3000圈,电容保持率为75%。显示该电极材料具有高的质量比电容和较好的循环使用寿命,该方法制备NiCo_2O_4-泡沫镍电极在超级电容器领域具有广泛的应用前景和一定的普适性。     

电化学沉积制备高比电容 铁钴复合硫化物超级电容材料

金属硫化物被认为是超级电容器电极材料最有希望的候选者,二元金属硫化物之间的协同作用可以改善材料的电化学性能。以泡沫镍为基底采用电化学沉积法合成了三维片状的铁钴复合硫化物。通过探索试剂比例、沉积时间和沉积电位对电化学性能的影响,以此获得最佳的实验条件。该材料在电流密度为1A·g~(-1)下的比电容为2802F·g~(-1),经过1000次循环后,电容保持率为54.9%。     

草酸钴镍纳米花的合成及其电极材料类型的判断

判断电极材料的类型是研究能源存储和转换的基础。通过简单易控的室温沉积法制备花状草酸钴镍纳米材料，利用SEM、XRD对其微观形貌和结构进行探究，并在碱性电解液中进行电化学测试，判断电极材料的类型。结果表明，草酸钴镍电极材料符合电池型的特征。而作为对比的活性炭电极具有电容型电极的特征。在1 A·g^-1电流密度下，草酸钴镍电极的比容量为90.1 mAh·g^-1。当电流密度升高至10 A·g^-1时，比容量仍然能够保持77.2%;在1 A·g^-1时，活性炭电极的比电容是84.8 F·g^-1,当电流密度增至10倍时，比电容衰减至68.8 F·g^-1(比电容保持率81.1%)。     

石墨/聚苯胺混合材料制备超级电容

采用普通的打印纸作为衬底,在纸上用铅笔涂覆石墨材料。然后采用电沉积法在石墨上沉积聚苯胺材料,组成石墨/聚苯胺电极。分别用石墨电极及石墨/聚苯胺电极组装成超级电容,比较研究两种电容的电阻及电容特性,结果表明石墨/聚苯胺电极比石墨电极具有更小的电阻,电容量增加了3倍,达到234 m F·cm~(-2)(在电流密度为5 m A·cm~(-2))。     

谷胱甘肽辅助水热合成NiCo2S4电极材料及其电化学性能

超级电容器作为一种新型储能器件，凭借其高功率密度和超长的使用寿命等优点，已被实际应用于多个领域。在超级电容器组成部件中，电极材料对器件性能优劣起着关键作用，因此制备电化学性能优异的电极材料具有重要意义。采用乙酸镍、乙酸钴为原料，还原型谷胱甘肽(GSH)为形貌控制剂和硫源，通过水热法制备Ni Co₂S₄电极材料，并研究了水热反应时间对Ni Co₂S₄微观结构、形貌、电化学性能的影响。结果表明：在GSH作用下制备的Ni Co₂S₄材料呈现“蛋黄–蛋壳”结构；当电流密度为0.5 A/g时，比电容为1 552.7 F/g；在电流密度为10 A/g条件下可以保持61.3%的比电容；经过2 000次循环后，Ni Co₂S₄电极材料的比电容保持率可以维持在79.3%。分别以Ni Co₂S₄与活性炭为正负极组装一个混合型超级电容器，在功率密度为800 W/kg时可以提供33.9 W·h...     

NiCo_2O_4/炭黑@纳米炭纤维自支撑复合电极制备与电容性能研究

针对炭材料和金属氧化物单独作为电极材料存在的不足,以纳米炭纤维作为基底,通过水热法在纳米炭纤维上同时负载炭黑(CB)和钴酸镍(NiCo_2O_4)纳米线,进一步热处理制备了NiCo_2O_4/炭黑@纳米炭纤维自支撑复合电极。在复合电极材料中,纳米炭纤维网络提供了三维电子传导通道,钴酸镍提供了较高的比电容,炭黑显著地提高了NiCo_2O_4的导电性。通过调整沉积时间有效调节了活性物质的负载量,所得电极显示出优异的导电性(35.3 S·m~(-1)),在1 A·g~(-1)的电流密度下比电容达到846 F·g~(-1),且具有优良的循环稳定性。优异的电容性能使NiCo_2O_4/炭黑@纳米炭纤维复合电极有望成为下一代超级电容器的电极材料。     

NiCo2O4/炭黑@纳米炭纤维自支撑复合电极制备与电容性能研究北大核心

针对炭材料和金属氧化物单独作为电极材料存在的不足,以纳米炭纤维作为基底,通过水热法在纳米炭纤维上同时负载炭黑(CB)和钴酸镍(NiCo2O4)纳米线,进一步热处理制备了NiCo2O4/炭黑@纳米炭纤维自支撑复合电极。在复合电极材料中,纳米炭纤维网络提供了三维电子传导通道,钴酸镍提供了较高的比电容,炭黑显著地提高了NiCo2O4的导电性。通过调整沉积时间有效调节了活性物质的负载量,所得电极显示出优异的导电性(35.3 S·m^-1),在1 A·g^-1的电流密度下比电容达到846 F·g^-1,且具有优良的循环稳定性。优异的电容性能使NiCo2O4/炭黑@纳米炭纤维复合电极有望成为下一代超级电容器的电极材料。     

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。     

高导电三明治状MnO2/CNTs/MnO2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO₂具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO₂仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO₂/CNTs/MnO₂复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO₂提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO₂生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO₂发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO₂之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能：在0.1 A·g^-1的电流密度下,能够获得428.8 F·g^-1的可逆比电容,并在5 A·g^-1的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g^-1循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

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。     

一步电沉积法制备硫化镍/泡沫镍材料及其赝电容性能研究

通过一步电化学沉积法在泡沫镍(Ni foam,NF)集流体上制备了3D硫化镍(Ni₃S₂)材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等对所制备材料的物化结构和形貌进行了表征,并采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了其作为超级电容器电极的电化学性能。测试结果表明,制备的Ni₃S₂/NF-10材料具有相互连接的3D结构,表现出优异的赝电容性能。在1 A/g电流密度下,比电容高达2850 F/g。将电流密度提高到10 A/g,该材料比电容仍能达到1972 F/g,说明其具有优异的倍率性能。测试结果表明所制备的Ni₃S₂材料有望应用于电化学储能领域。     

脉冲电沉积一步合成石墨烯/PANI复合材料及其超电容性能

采用脉冲电沉积一步合成得到石墨烯/聚苯胺(PANI)复合材料,通过SEM和XRD对材料的形貌和结构进行了表征,复合材料中聚苯胺为翠绿亚胺态,呈纤维状形貌。将所得石墨烯/PANI复合材料用作超级电容器电极进行电化学性能测试,比纯聚苯胺表现出更优异的超电容性能。电流密度为0.5A·g~(-1)时,石墨烯/PANI的比容量可达703F·g~(-1),且具有良好的倍率性能。     

自支撑石墨烯/二氧化锰/泡沫镍复合材料的电化学性能

以三维泡沫镍(NF)为模板,在不添加模板剂的条件下,通过电沉积法沉积石墨烯(G),再采用水热合成制备纳米片二氧化锰(Mn O_2),得到自支撑电极复合材料G/Mn O_2/NF,改善其作为电极材料的电化学性能。用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的微观结构和表面形貌进行分析,通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)、交流阻抗(EIS)测试了电极复合材料的电化学性能。结果表明:在电流密度为1 A/g的条件下,复合电极材料的比电容达到722 F/g,经过1 000次循环后比电容保持率为97%。     

高导电三明治状MnO_2/CNTs/MnO_2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO_2具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO_2仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO_2/CNTs/MnO_2复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO_2提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO_2生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO_2发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO_2之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能:在0.1 A·g~(-1)的电流密度下,能够获得428.8 F·g~(-1)的可逆比电容,并在5 A·g~(-1)的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g~(-1)循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

二硫化镍/氢氧化镍空心球的制备及其电容器性能研究

以均匀硫纳米球为硬模板，通过直接沉淀法在硫纳米球表面包覆一层氢氧化镍纳米片，得到均匀硫@氢氧化镍前驱体，前驱体经低温煅烧获得二硫化镍/氢氧化镍复合纳米空心球，用其制备的电极具有良好的电化学性能。通过X射线衍射和透射电镜等对复合材料的成分和形貌进行分析。结果表明：复合材料纯度较高，组分为二硫化镍和氢氧化镍，二者物质的量比约为1∶1；复合材料是大小均匀的多孔纳米空心球，空腔直径约为500 nm，表面覆盖超薄纳米片，长度约为250 nm，整体形如花球，大小约为1 μm。采用循环伏安、计时电位等方法对复合材料超级电容器性能进行研究。结果表明，在1 A/g电流密度下电极比电容达到1 446 F/g；在20 A/g电流密度下电极比电容仍高达976 F/g；在10 A/g电流密度下循环5 000次，电极容量保持率为86.4%，具有良好的倍率性能和循环稳定性。     

铌锰复合电极材料的制备及其特性

以泡沫镍为基体,先采用水热法制得铌电极,再电沉积锰,制得铌锰复合电极。通过红外光谱、扫描电镜和能谱分析表征了电极表面产物的结构、形貌和成分。通过循环伏安、电化学阻抗谱、恒流充放电、循环充放电等方法对比研究了镍电极和铌锰复合电极在3 mol/L KOH溶液中的电化学性能。结果表明,采用水热一电沉积法可成功制得充放电性能和循环稳定性良好的铌锰复合电极。在0.5 A/g的电流密度下,铌锰复合电极在3 mol/L KOH溶液中的最高比电容为330.64 F/g,循环1000圈后其比电容为原比电容的93%以上。铌锰复合电极比铌电极更适合用作超级电容器的电极材料。     

MOF衍生的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料的制备与电化学性能研究

为提升超级电容器电极材料的电化学性能,在泡沫镍(NF)上以MOF为模板制备出NiCoP/C导电骨架,后将超薄NiMn-LDH纳米片沉积其上,制备得到核壳结构的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料。电化学测试结果表明,MOF模板的高比表面积、独特的核壳结构和NiCoP/C与NiMn-LDH之间的协同作用有利于电极材料性能的提升。制备得到的NiCoP/C@NiMn-LDH电极在1 A·g^-1下比电容可达2 278.0 F·g^-1;循环2 000圈后电容保留率为93.7%。     

钾盐活化制备稻壳碳用于超级电容器

以稻壳作为碳前驱体,通过Na OH水热预处理,再选用钾盐作为活化剂,进行高温碳化活化法,制取稻壳基碳材料用于超级电容器电极材料。经分析发现,使用醋酸钾作为活化剂得到的碳材料RHC-KAc具有比表面积大,多级孔结构较为明显的特点。在充放电测试中,多级孔碳材料表现出良好的比电容量。1 A·g-1的电流密度下,比电容高达308 F·g-1。大电流密度下进行5000次充放电循环后,比电容保留率在85%。