层状MnO_2纳米带的插层质子化及其与氧化石墨烯复合材料的电化学性能

利用KMnO_4和MnCl_2在高浓度KOH溶液中发生氧化还原反应,再经200℃保温48 h后合成K~+插层的α-MnO_2纳米材料,之后利用过硫酸铵进行质子化,并以氧化石墨烯水溶液作为溶剂制备氧化石墨烯(GO)复合物/层状Mn O2(GO/MnO_2)。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对制备的材料进行物相和形貌表征,并将其作为超级电容器的电极材料在1M KOH溶液中进行循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)等电化学性能测试。结果表明:K+插层的MnO_2具有纳米带形貌,长度可达5～12μm,宽约500 nm。质子化后仍可保持较高的结晶度和带状形貌。此外,通过复合GO,可显著提高Mn O2的电化学性能,层状MnO_2纳米带/GO复合物在0.5 A/g的电流密度下比电容高达750 F/g。     

石墨烯的制备及其超级电容性能

以鳞片石墨为原料,采用化学氧化还原法制备了高品质的石墨烯.借助X射线衍射分析、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察、氮气吸附-脱附实验、恒流充放电实验、循环伏安法和交流阻抗谱技术对石墨烯的结构、形貌、表面性能和超级电容性能进行了系统研究.X射线衍射、扫描电镜和透射电镜结果表明,石墨烯整体上呈现无序结构,外观具有蓬松、透明的薄纱状及本征性皱褶,其BET比表面积为14.2m2·g-1,总孔容为0.06cm3·g-1,平均孔径为17.3nm.交流阻抗谱测试结果表明,石墨烯电极具有较小的阻抗,其等效串联电阻为0.16 Ω,电荷传递电阻为0.55 Ω.恒流充放电和循环伏安测试结果显示:石墨烯电极具有良好的功率特性和循环稳定性,电容特征显著.在2、5、10和20mV·s-1扫描速度下的放电比电容分别为123、113、101和89 F·g-1;即使是50mV·s-1的高扫速,放电比电容仍可达69F·g-1.      

MnO2/AC复合材料的机械化学法制备及其电容性能

采用机械化学法制备MnO2以及MnO2/AC复合电极材料.用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）研究了所合成材料的晶型与形貌;用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电对电极在6 mol/LKOH电解液中的电容性能进行了测试.结果发现,加入活性炭后,MnO2超级电容器放电电压从1.2 V提高到1.8 V;电极比容量达到了312 F/g,经过300次循环后为260 F/g.     

α型二氧化锰的制备及电化学性能研究

选用过硫酸钾(K_2S_2O_8)和一水合硫酸锰(MnSO_4·H_2O)为原材料,通过液相共沉淀法制得MnO_2,用X射线衍射和扫描电镜对制得的MnO_2进行结构形貌表征。结果表明,在控制溶液p H值为l,反应温度为60℃,反应时间为22 h的条件下,制得的四方晶系α-MnO_2微球的表面具有明显的纳米刺结构特征。将所制得的四方晶系α-MnO_2用于超级电容器的电极材料,以6 mol/L的KOH作为电解质溶液,研究其恒电流充放电、循环伏安及交流阻抗等电化学性能,当扫描速度为5 m V/s时,其比容量为156.0 F/g。     

氧化石墨烯掺杂量与pH值对石墨烯气凝胶储能性能的影响

采用溶胶凝胶法制备石墨烯气凝胶（GA）,并研究了前驱液中的pH值与氧化石墨烯（GO）的质量分数对GA材料储能性能的影响。使用X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、氮气吸脱附分析、扫描电子显微镜（SEM）对样品微观结构与形貌进行表征。用循环伏安（CV）、恒流充放电（CP）、电化学交流阻抗（EIS）测试了样品的电化学性能。结果表明,前驱液中的pH值及GO质量分数的不同会影响GA中团簇颗粒的大小和数量,进一步影响GA三维结构。在pH值为6.3、GO 的质量分数为1%时,制得的GA比表面积最大为530 m2?g?1,在1 A?g?1的电流密度下比电容高达364 F?g?1。此外,将该材料制成对称超级电容器具有高的库伦效率,在1 A?g?1下进行CP测试,得到电容器的比电容为98 F?g?1,循环800次后其循环稳定性能为初始比电容值的95.9%。      

MnO2超级电容器材料在中性电解质中的电化学特性

采用常温液相氧化法制备了MnO2超级电容器材料,并用X射线衍射(XRD)和循环伏安以及恒电流充放电测试等方法对所得的MnO2电极材料的结构和电化学特性进行了研究。结果表明:所得的水含MnO2·xH2O为无定型结构,该电极材料在硫酸盐水溶液中比在氯化物溶液中有更宽电位窗口,可达0～1 0V(vs.SCE),比电容达144 1F g,并具有良好的准电容特性和循环寿命。     

Co(OH)_2/GO复合物的制备及其电化学性能研究

以硫酸钴和氧化石墨为原料,采用化学沉淀法制备出疏松多孔的片状Co(OH)_2/GO复合物。复合物的结构和形貌用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)进行了表征;用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对样品的成分进行了测定;复合物的电化学性能用循环伏安、恒电流充放电等测试方法进行了测试。经分析测试结果,发现采用该方法制备的样品,其电化学性能与氧化石墨的含量有关;当氧化石墨含量为10%时性能最佳,比电容达到1498F/g。此外,电流密度为1A/g时,600次充放电循环后比电容仍保留了初始值的85.3%。因此,Co(OH)_2/GO复合物有望成为电化学电容器电极材料。     

纳米MnO2超级电容器性能研究

采用液相反应制备了纤维状纳米MnO2，X射线衍射分析表明：产物是α-MnO2和7-MnO2组成的混合晶相。利用循环伏安和恒流充放电测试其电化学性能。在0．15V～0．75V(SCE)工作电压范围内考察了在不同浓度(NH4)2SO4电解液中的电容性能，结果表明：该电极材料在浓度为1mol／L的(NH4)2SO4中具有优异的电容性能；恒流充放测试其比容量可达142．2F／g。     

掺钴氧化钌（RuO2/Co3O4）·nH2O复合薄膜电极的制备与表征

以六水合氯化钴(CoCl2.6H2O)和水合三氯化钌(RuCl3.3H2O)为前驱体,采用胶体法制备超级电容器用(RuO2/Co3O4)·nH2O复合薄膜电极材料。用X射线衍射仪以及CHI660C电化学工作站对该复合薄膜的物相结构及电化学性能进行表征。结果表明:当CoCl2·6H2O和RuCl3·3H2O的物质的量比n(Co):n(Ru)为2:1时,于350℃下热处理2.5 h制备的复合薄膜电极具有优良的性能,在浓度为0.5mol/L的H2SO4电解液中其比电容达到512 F/g,500次充放电循环后比电容量保持在充放电循环前的96.1%;充放电电流为0.01A时,内阻为1.2。     

四氧化三钴/还原氧化石墨烯复合材料制备及其性能的研究

氧化钴(Co_3O_4)/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料中Co_3O_4的纳米结构对于锂离子电池性能起着至关重要的作用。本文通过水热法来制备Co_3O_4/rGO复合材料,采用透射电子显微镜、外吸收光谱、X射线衍射红和X射线光电子能谱和方法对样品进行了表征。测试表明,Co_3O_4/rGO纳米复合材料产生了至少两种不同纳米结构。在整个循环充放电过程中,其比容量一直衰减较快,最后比容量趋于稳定在350mAh/g。本实验工作将为制备Co_3O_4/rGO纳米复合材料和其锂离子电池负极材料的电学性能研究提供一条可参考的方法。     

一维纳米LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2纤维的合成及性能研究

通过静电纺丝法制备出一维纳米LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2纤维,根据扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、充放电实验,循环伏安法和交流阻抗法对纳米纤维的形貌、晶体结构和电化学性能进行研究.结果表明,纳米纤维的直径在150～300 nm之间,且具有典型的α-NaFeO2层状结构;所制备的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2纳米纤维在0.5 C(85 mA/g)的倍率下循环30次容量保持率达到了94.1％;在倍率分别为0.1 C、0.2 C、0.5 C、1.0 C、2.0 C和0.2 C的充放电测试中,其比容量分别达到了157 mAh/g、144 mAh/g、134 mAh/g、125 mAh/g、115 mAh/g和141 mAh/g;在CV和EIS测试中,材料表现出优异的可逆性和循环稳定性.由于具有特殊的一维形貌,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2纳米纤维表现出优异的电化学性能.     

一维纳米LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2纤维的合成及性能研究

通过静电纺丝法制备出一维纳米Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2纤维,根据扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、充放电实验,循环伏安法和交流阻抗法对纳米纤维的形貌、晶体结构和电化学性能进行研究.结果表明,纳米纤维的直径在150~300 nm之间,且具有典型的α-Na Fe O2层状结构;所制备的Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2纳米纤维在0.5 C(85 m A/g)的倍率下循环30次容量保持率达到了94.1%;在倍率分别为0.1 C、0.2 C、0.5 C、1.0 C、2.0 C和0.2 C的充放电测试中,其比容量分别达到了157 m Ah/g、144 m Ah/g、134 m Ah/g、125 m Ah/g、115 m Ah/g和141 m Ah/g;在CV和EIS测试中,材料表现出优异的可逆性和循环稳定性.由于具有特殊的一维形貌,Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2纳米纤维表现出优异的电化学性能.     

α-MnO2的机械化学法合成及其电容性质

以高锰酸钾与乙酸锰为原料,采用机械化学法制备MnO2.利用SEM、BET、XRD、交流阻抗法、循环伏安以及恒电流充放电对电极材料结构与性能表征,对充放电曲线求斜率分析.结果表明产物为弱结晶型α-MnO2,其比表面积为385.5 m2,平均孔径为3.4 nm.α-MnO2电化学电容器表现出法拉第电容与双电层电容的双重特征;随着循环次数增加,Mn3O4生成,交换电流密度从177 mA/g减少到69.8 mA/g,微分电容从2.40×10-1 F减少到1.91×10-3 F;电极过程主要受电极电位状态变量影响;电极最大比容量达到416 F/g,经过近500次循环后,比容量为220 F/g.     

共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiFePO4

采用共沉淀法制备橄榄石结构的LiFePO4锂离子电池正极材料,通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒电流充放电测试等方法对其结构、表观形貌及电化学性能进行了分析研究.结果表明,该方法制备的LiFePO4为均一的橄榄石型晶体结构,颗粒微细;低倍率下充放电测试比容量可达126.3 mA·h/g;循环性能良好,充放电100次循环后,容量损失率仅为9.4%.     

电沉积合成镍/氢氧化镍/聚苯胺薄膜及其电容特性

采用电沉积法合成以铜箔为基底的Ni/Ni(OH)₂/PANI复合电极材料。首先通过电沉积法将Ni/Ni(OH)₂纳米层沉积于铜箔表面,然后通过电化学聚合法在三电极体系下在其表面沉积一层聚苯胺薄片。采用SEM、TEM、FT-IR、XPS、CV、GCD和EIS对Ni/Ni(OH)₂/PANI的形貌、结构以及电化学性能进行了研究。结果表明,Ni/Ni(OH)₂/PANI具有较高的比电容和优异的循环性能。Ni/Ni(OH)₂PANI在1 A/g电流密度时具有1 400 F/g的比电容,当电流密度从1 A/g增加到10 A/g时,其容量保持率为62.7%,表现出良好的倍率性能,并且在10 A/g的高电流密度下循环2 000次后其容量保持率为76%。聚苯胺薄片沉积在Ni/Ni(OH)₂基体表面可以降低电极表面的电荷转移阻抗,同时起到保护电极的作用,使复合电极的电化学循环性能得到改善。     

高温氢还原法制备纳米硅/石墨烯复合材料的结构与电化学性能

将Hummers法制备的氧化石墨烯(graphene oxide,GO)与纳米硅粉进行超声复合和高温氢还原,制备锂离子电池用纳米硅/石墨烯(Si/G)复合材料。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和Raman光谱分析,对Si/G复合材料的形貌与结构进行分析与表征,并测试其电化学性能。结果表明,通过高温氢还原,氧化石墨烯全部还原为石墨烯,无其它杂质相生成。石墨烯包覆在纳米硅颗粒表面,形成层状复合结构;与纯纳米硅粉相比,Si/G复合材料的电化学性能明显提高,在300 m A/g电流密度下,首次放电比容量为2 915.0(m A·h)/g,首次充电比容量为1 080.5(m A·h)/g,20次循环后比容量稳定在969.6(m A·h)/g,库伦效率为99.8%;而纯纳米硅粉的首次放电比容量和首次充电比容量分别为932.7和349.4(m A·h)/g,20次循环后比容量仅为6.4(m A·h)/g。     

氮掺杂碳纳米纤维网/炭纸有序化气体扩散电极的制备及其氧还原性能

以自制炭纸为基体,在其表面电化学合成聚苯胺纳米纤维网涂层,经过热处理后得到氮掺杂碳纳米纤维网/炭纸有序化气体扩散电极。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料的形貌与结构特征,采用循环伏安法、线性扫描伏安法和交流阻抗谱研究材料的氧还原催化性能。结果表明,当n(苯胺单体)/n(盐酸)为0.4时,得到均匀、连续的网状聚苯胺纳米纤维网涂层,其结构在热处理后得到有效保留。与传统涂覆法制备的氮掺杂碳纤维/炭纸复合电极相比,有序化电极的氧还原性能更佳,欧姆阻抗和扩散阻抗更小。在O_2饱和的浓度为0.1 mol/L的KOH水溶液中,有序化电极的氧还原电流密度达到0.76 m A/cm~2,是传统电极的1.6倍。     

花状Co–Ni氢氧化物电极材料的制备与电化学特性

采用原位生长法, 以硝酸钴和氨水为原料、硝酸铵为生长剂, 制备生长在泡沫镍上的Co (OH)₂电极材料, 并在此基础上对其进行镍添加改性, 旨在得到比电容高、循环性能好的Co–Ni氢氧化物电极材料。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜对Co–Ni氢氧化物电极材料进行物相和微观形貌分析; 通过循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法对Co–Ni氢氧化物电极材料的电化学性能进行分析和表征。结果表明: 镍添加使材料从原有的Co (OH) ₂晶相变为Co (OH) ₂和Ni (OH) ₂双晶相材料, 使原有的簇状结构转变为更利于离子扩散的花状结构, 进而促进材料电化学性能的提高。当Co/Ni摩尔比为3:1时制得的花状Co–Ni氢氧化物电极材料的电化学性能最好, 在5 m V·s-1扫速下的比电容值为3674.7 F·g-1, 在5 A·g-1电流密度下的比电容值为1450.0 F·g-1, 在20 A·g-1电流密度下循环5000次的比电容保持率为77.1%。     

去合金化制备纳米多孔NiCo_2O_4及其超电容性能

采用快速凝固与去合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni-Co合金,退火后获得纳米多孔NiCo_2O_4材料,用XRD,SEM和TEM分析多孔NiCo_2O_4的相组成和微观结构,并通过循环伏安、恒电流充放电等方法测试多孔NiCo_2O_4电极的电化学性能。结果表明:前驱体Ni1.7Co3.3Al95合金经去合金化和退火后,可获得由10~15 nm厚的纳米片状骨架与孔径30~80 nm的孔隙共同构成的三维纳米多孔NiCo_2O_4。特殊的三维双连续结构使NiCo_2O_4电极表现出良好的超电容性能,在1 A/g的电流密度下,其比电容达755 F/g;当电流密度增加到20 A/g时,其比容保持率达76.6%,且在4 A/g的电流密度下经1000次循环充放电后,比容保持率达93.9%。     

正极材料LiNi0.8Mn0.2O2前驱体合成工艺的探究

成本低、性能稳定的无钴镍锰正极材料是目前的研究热点。采用共沉淀法制备Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂前驱体, 用氨水作为络合剂, 探究了NH₃浓度对前驱体Ni_0.8Mn_0.2(OH)₂共沉淀的晶粒生长和形貌的影响, 以及对锂离子电池正极材料LiNi_0.8Mn_0.2O₂的晶体结构和电化学性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电镜、循环伏安测试、交流阻抗和电池充放电测试系统表征材料的结构、形貌和电化学性能。表征结果显示, 在0.1 C, 2.5~4.2 V化成条件下, 初始放电比容量为167 mAh/g, 充放电效率为96%。当氨水用量为45 mL时, 样品具有较优的循环性能, 在1 C倍率下, 2.5~4.2 V的电压测试范围内, 循环100次后, 放电比容量为139 mAh/g, 容量保持率为93.9%。在低倍率充放电条件下样品具有明显优于其他材料的电化学性能。