基于纸纤维/晶须状碳纳米管/活性炭三元无金属集流体复合纸电极的柔性超级电容器

以纸纤维(PF)为基体,晶须状碳纳米管(WCNT)和活性炭(AC)为功能添加物,采用真空抽滤法制成PF/WCNT/AC三元无金属集流体复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)光谱仪、拉曼(Raman)光谱仪对其进行表征和分析,采用两电极测试体系对组装的超级电容器性能进行测试。结果表明,与涂布法所得的铝箔集流体(Al/WCNT/AC)电极相比,由PF/WCNT/AC三元复合电极组装的超级电容器比电容大幅提高,并展现出良好的充放电性能。在1mV/s的扫描速率下比电容达325F/g,几乎是Al/WCNT/AC超级电容器(108.7F/g)的3倍。PF/WCNT/AC超级电容器在0.4A/g电流密度下的比电容为95F/g,在3.2A/g电流密度下的比能量与比功率分别为36.76 Wh/kg、5.52kW/kg。     

石墨化改性晶须状碳纳米管及其电容特性

用CVD法合成晶须状碳纳米管(WCNTs),对其进行石墨化纯化处理。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和热重分析(TGA)对其进行表征。以纤维素为基体材料,WCNTs为功能材料,将分散好的WCNTs与纸纤维混合,抽滤制成WCNTs复合纸,WCNTs复合纸的电导率由石墨化前14.1 S/m提升到石墨化后325.1 S/m。采用两电极体系,以1 mol/L Li PF6为电解液,通过循环伏安及恒流充放电方法来研究WCNTs复合纸为极片的超级电容器性能,在扫描速率为1 m V/s时,石墨化WCNTs复合纸电极的比容量达到90 F/g。在电流密度为800 m A/g时,比能量和比功率分别为21.3 Wh/kg和2.1 k W/kg,表现出良好的超级电容器性能。     

用于超级电容器电极的炭化碳纳米管复合纸

对一种以炭化的碳纳米管复合纸为电极的超级电容器进行了研究。纸纤维为基体,碳纳米管为功能材料,将分散好的碳纳米管与纸纤维混合均匀抽滤,制成碳纳米管复合纸,碳纳米管复合纸在真空炉中经1460℃炭化。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱仪对其进行分析。以1mol/L的LiPF6为电解液,对以炭化碳纳米管复合纸作电极的超级电容器进行循环伏安、恒流充放电和交流阻抗谱测试。扫描速率为1mV/s时,炭化碳纳米管复合纸电极的比容量达到105F/g;放电电流为12mA时,比能量和比功率分别为22 Wh/kg、1.5kW/kg,表现出良好的超级电容器性能。     

预嵌锂多壁碳纳米管的性能

使用稳定锂金属粉末(SLMP)/多壁碳纳米管(MWCNTs)作为负极、以活性炭(AC)作为正极组装锂离子电容器,研究其电化学性能。根据恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究了预嵌锂前后锂离子电容器的电化学性能。结果表明,嵌入适量的SLMP可消除碳纳米管大部分固有的不可逆容量并提高电容器的电化学性能。这种电容器具有较高的能量密度、功率密度和优异的循环性能。电流密度为0.05 A/g时预嵌锂碳纳米管锂离子电容器的比电容达到85.18 F/g,电流密度为0.05~4 A/g时最大能量密度和最大功率密度分别为140.4 Wh/kg和5.25 KW/kg,经过3000次循环后容量保持率仍约为82%。     

碳布/聚吡咯储能包装膜材料的制备及表征

目的以甲壳素纳米纤维、多壁碳纳米管、碳布、吡咯为原料,制备柔性超级电容器复合电极薄膜。方法先利用化学氧化法提高碳布的表面粗糙度,再通过真空抽滤在碳布表面附着甲壳素纳米纤维和多壁碳纳米管,以增加碳布的负载空间,最后通过原位聚合吡咯来增加复合薄膜的电容性能。同时制备氧化碳布/聚吡咯复合薄膜作为对照组。结果制成的氧化碳布/甲壳素纳米纤维/多壁碳纳米管/聚吡咯复合薄膜在扫描速率为5 mV/s时,质量比电容达到了307 F/g,是氧化碳布/聚吡咯质量比电容(175 F/g)的1.75倍;在电流密度为2 A/g时,经过2000次循环后电容保留率为72.3%,库仑效率为73.8%。结论制备的氧化碳布/甲壳素纳米纤维/多壁碳纳米管/聚吡咯薄膜具有较高的比电容和循环稳定性,可以作为超级电容器电极材料应用于物联网行业的有源储能包装。     

以预锂化多壁碳纳米管为负极的锂离子电容器性能

采用内部短路方式对多壁碳纳米管负极进行不同程度的预嵌锂处理,预嵌锂时间为5,30,60min,以预嵌锂多壁碳纳米管极片作为负极,活性炭极片作为正极,组装成锂离子电容器。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对多壁碳纳米管及电极极片进行表征分析,采用恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究预嵌锂多壁碳纳米管负极和未预嵌锂处理多壁碳纳米管负极锂离子电容器的性能。电化学测试结果表明,多壁碳纳米管负极预嵌锂大幅提高了电容器充放电性能,对比未嵌锂多壁碳纳米管电容器,在相同的电流密度下(100mA/g),能量密度提高400%。预嵌锂60min,电流密度100mA/g时,其比容量达到57F/g。在电流密度为100～3200mA/g范围内,其最高能量密度与功率密度分别达到90Wh/kg,4130W/kg。1000次充放电循环后,容量保持率维持在85%以上,表现出良好的超级电容器性能。     

氯金酸辅助制备核壳结构多孔碳球及其电化学性能

为提高多孔碳球作为超级电容器电极材料在电解液中的离子迁移速率，通过水热法设计制备了以碳球为外壳，金纳米颗粒为核心的核壳结构复合材料(CS-Au)。之后通过KOH活化，制备的样品(PCS-Au)比表面积可达到962.48m²/g。结果表明：在0.5A/g的电流密度下，PCS-Au表现出225F/g的比容量，相较于纯多孔碳球(PCS)比容量提高了28.5%。使用螺旋季铵四氟硼酸盐和乙腈混合溶液(CF4301)作为电解液，组装成纽扣式对称型超级电容器后，PCS-Au在功率密度为1000W/kg的情况下能量密度为27.63Wh/kg。并且在1A/g电流密度下，经过20000圈循环稳定性测试后容量保持率为104.76%,性能无衰减，展现出很好的循环稳定性。精心设计的核壳结构与较大的比表面积，优异的导电性及丰富的孔结构降低了材料电阻并可以容纳更多的电解液，导致Au纳米颗粒@多孔碳球是一种极具应用价值的超级电容器电极材料。     

碳纳米管纸/纳米硅复合电极的锂离子电池性能

采用纳米硅和多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料作为活性材料,以纸纤维为基体,MWCNTs为导电剂制得的MWCNTs导电纸代替铜箔集流体应用于硅基锂离子电池。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、恒流放电测试、电化学阻抗对复合材料的形貌和电化学性能进行分析。结果表明,采用MWCNTs导电纸-纳米硅复合的锂离子电池在80mA/g的电流密度下,循环50次后比容量达到约1000mAh/g,在2000mA/g大电流密度下仍保持好的循环稳定性。     

纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极的制备

目的以纳米纤维素/碳纤维复合膜为导电基底,制备纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管超级电容器电极。方法利用超声处理和真空抽滤制备纳米纤维素/碳纤维复合膜;利用原位聚合法制备聚苯胺和聚苯胺/碳纳米管复合材料;通过真空抽滤法制备纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺电极和纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极。结果在纳米纤维素/碳纤维复合膜中,碳纤维形成了互穿导电网络结构,是良好的超级电容器电极导电基体;纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极具有良好的电化学性能,在扫描速率为5 mV/s的条件下,质量比电容为380.74 F/g,且在1000次循环测试后,电容保留率为88.05%。结论以纳米纤维素/碳纤维导电复合膜作为基体制备的纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极具有良好的电化学性能,可以作为超级电容器电极。     

碳布负载的PI-MWCNTs柔性电极材料的合成及其电容性能

以超级电容器的电极材料制备、性质研究及对组装非对称超级电容器的性能研究为核心内容,提高超级电容器电化学性能为主要目的,采用原位聚合法制备羧基化多壁碳纳米管(PI-MWCNTs)接枝的聚酰亚胺溶液,将其作为氮掺杂碳的前驱体,实现复合物在碳布表面的生长,并作为电极材料.以二氧化锰-碳布(MnO2-CC)为正极,多壁碳纳米管接枝的聚酰亚胺-碳布为负极(PI-MWCNTs-CC),构建非对称超级电容器.采用扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射、比表面积及孔径测试、循环伏安、恒电流充放电及电化学阻抗谱对电极材料的结构和电化学性能进行表征.结果表明:当扫描速率为20 mV/s时,非对称电容器的电势窗口可增至1.3 V,其体积比容量为1.80 F/cm3;当功率密度为14.08 mW/cm3时,能量密度可达到0.423 mWh/cm3.     

AC/PEDOT复合材料的制备及电化学性能

采用原位聚合法,在活性碳(AC)颗粒上生长聚3,4乙烯二氧噻吩(PEDOT)来制备活性碳/聚3,4乙烯二氧噻吩(AC/PEDOT)超级电容器复合电极材料,并研究不同配比复合材料的电化学性能。采用X射线衍射、扫描电子显微镜及傅里叶红外等技术对样品进行表征,采用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗等方法对样品进行了电化学性能测试。结果表明,AC与PEDOT的复合可大幅度提高比容量,当n(AC)∶n(PEDOT)=10∶1,电流密度为1A/g时,比容量可达250F/g,比AC的比容量提高了95.3%,经1 000次充放电后,电容保持率为80.4%,具有循环稳定性能好,低内阻0.29Ω等优点,有望实现碳基超级电容器的小型化。     

AC+Li（NiCoMn）O2/Li4Ti5O12+MWCNTs混合型电容器EI北大核心CSCD

以钛酸锂(Li 4Ti 5O 12)/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料为负极、活性炭(AC)/镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O 2)复合材料为正极,组装成混合型电容器并研究其电化学性能。利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射仪(XRD),拉曼光谱仪(Raman),热重分析仪(TGA)对电极材料进行分析,通过恒流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)研究混合型电容器的电化学性能。结果表明:掺杂适量MWCNTs和镍钴锰酸锂可提高电容器的电化学性能。当MWCNTs质量分数为5%时,在电流密度为0.1 A/g下恒流充放电时比容量达161.5 mAh/g。在0.1~1 A/g时,最大功率密度和最大能量密度分别为993.2 W/kg和52.2 Wh/kg。5000周次恒流充放电循环后,容量保持率在92.2%左右,库仑效率仍有99.1%,展现出较高的能量密度和功率密度,并具有优异的循环性能。     

碳化细菌纤维素/石墨烯(CBC/CCG)复合材料的制备及电化学性能研究

将氧化石墨烯(GO)与碳化细菌纤维素(CBC)(7∶3,质量比)超声复合,用水合肼原位还原制得碳化细菌纤维素/石墨烯(CBC/CCG)复合材料。利用动态力显微镜(DFM)、扫描显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)对其形貌、结构进行表征。并通过循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试等方法比较了CBC/CCG复合材料和石墨烯(CCG)作为超级电容器电极在6mol/L KOH溶液中的电容性能。结果表明,在10mA/cm2电流密度下,CCG比容量为87.79F/g,CBC/CCG复合材料的比容量达到168.99F/g,CBC/CCG复合材料的电化学性能要优于CCG,具有良好应用前景。     

三维石墨烯/碳纳米管复合材料及其超级电容器应用

以化学气相沉积法,利用硅藻土作为天然催化剂,制备出三维石墨烯/碳纳米管复合材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和比表面及孔径分析(BET)等方法对材料的形貌和孔径分布进行表征。研究了复合材料在1 mol/L H_2SO_4电解液中的超级电容器电化学性能。循环伏安测试结果表明,在扫描速率为2m V/s时,三维石墨烯/碳纳米管复合电极在1 mol/L H_2SO_4电解液中的比电容达到110 F/g。50 m V/s扫描速率下,复合电极稳定循环10000次容量保持稳定。     

碳纳米管表面沉积氧化镍及其超电容器的电化学行为

通过催化裂解法制备了碳纳米管并进一步制备了碳纳米管薄膜电极.基于该种材料的超电容器电极比容量达到36F/g.研究了在碳纳米管薄膜基体上使用电化学方法沉积氧化镍的新工艺,制备出碳纳米管和氧化镍的复合电极.电化学测试证明复合电极的比容量提高到52F/g以上且基于这种复合电极的超电容器具有极低的自放电率.     

酒糟纤维素碳气凝胶的制备及在超级电容器中的 应用

电极材料是决定超级电容器性能的主要因素,因此,合成具备特定形貌、组成以及性能优异的电极材料是构建高性能超级电容器的关键。从酒糟中提取植物纤维素,再通过冷冻干燥和热碳化处理,制备具有乱层石墨结构的纤维素碳气凝胶功能材料,并将其应用于超级电容器。研究结果表明,最优碳化温度700 ℃下制备的纤维素碳气凝胶作为电极材料,在浓度为6 mol/L的 KOH溶液和1 A/g的电流密度下,其比电容为183.5 F/g;而且该电极材料在20 A/g高电流密度下,仍保持90.0 F/g的比电容,展现出优异的倍率性能。交流阻抗拟合结果表明,CA-700组装的超级电容器界面传质电阻和扩散电阻分别为0.2829 Ω和5.7210 Ω;CA-700展现出较低的传质、扩散阻力和优异的电化学储能特性。     

纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线柔性电极的制备

目的以竹粉为原料制备纳米纤维素,并将其作为基底材料制备纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极,应用于柔性超级电容器。方法采用化学机械处理法,将竹粉通过化学处理以及研磨、超声等处理,制备成纳米纤维素悬浮液;分别将多壁碳纳米管和纳米银线超声分散于溶剂中;最后,通过层层自组装制备纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极,同时,作为对照组,制备纳米纤维素/碳纳米管复合电极。结果纳米纤维素纤丝的直径大约为30~100 nm,相互之间缠绕成网状结构,是很好的支撑材料,纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极具有很好的成膜性和电化学性能,在扫描速率为30 m V/s时,面积比电容达到77.95 m F/cm~2。结论以纳米纤维素为基底,通过层层自组装方法制备的纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极具有较好的电化学性能,可作为柔性超级电容器的电极。     

TGS/MnO2复合物制备及电容器电化学性能

合成的多壁碳纳米管(MWCNT)长度通常在微米范围，且成宏观缠绕状，不利于电解质离子在MWCNT内管中的扩散和传质，也影响其在电容器电极材料中的研究及应用。本研究选择Hummers方法在横向和纵向同时切割MWCNTs形成管状类石墨烯片(TGS),在70℃热水浴中反应60min制备了TGS/MnO₂复合物。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、粉末X射线衍射(XRD)和拉曼光谱对其形貌和微观结构进行表征，结果表明，在TGS表面成功地沉积了非晶态MnO₂。电化学测试表明，TGS/MnO₂复合物在扫描速率为2mV/s时的比电容高达236F/g(在100mV/s时达到127F/g),远高于MWCNTs(15F/g)、TGS(88F/g)和MWCNTs/MnO₂混合材料(111F/g)。而且TGS/MnO₂复合电极具有良好的循环性能，1000次循环后电容保持率高达97%。     

碳纳米管纸作集流体在柔性锌锰电池中的应用

研究了晶须状碳纳米管导电纸作为集流极对锌锰电池放电性能的影响。使用晶须状碳纳米管(MWCNTs),通过抽滤法制备出碳纳米管纸,利用扫描电子显微镜(SEM)对碳纳米管导电纸进行表征。碳纳米管导电纸作为柔性锌锰电池集流体,正极极片采用二氧化锰为活性材料,负极采用金属锌为电极,使用计算机控制精密电池测试仪测试其电化学性能。实验表明,柔性锌锰电池具有良好的机械柔性,弯曲状依旧保持电压稳定。与采用石墨为集流体的传统锌锰电池相比,在0.3mA恒流放电的情况下,碳纳米管纸作为集流体,锌锰电池的放电时间增加了64.2%,比容量提高186%,比能量提高172%。碳纳米管纸作为集流体的柔性锌锰电池表现出极佳优越性,并且碳纳米管纸的密度对电池放电性能有着较大的影响。     

氧化物／活性炭复合电极材料的研究

用醋酸锰和高锰酸钾制备二氧化锰粉末；用氯化钌和氢氧化钠制备水合二氧化钌粉末。以二氧化钌和二氧化锰作为电极材料的活性物质，以活性碳粉末为电极的基础原料制备复合电极，并组装超级电容器单元。用x射线衍射仪和扫描电镜对电极材料进行表征，可得复合电极具有明显的电容特征。在浓度为38％的硫酸电解质溶液中，对复合电极进行电化学性能测试，循环伏安曲线、充放电曲线和交流阻抗特性显示了复合电极材料具有良好的电化学性能。碳，锰复合电极的比容量为128F／g，碳/锰/钌复合电极的比容量为266F/g。当二氧化钌和二氧化锰在电极中质量比各占20％时，更能发挥活性物质的作用，由该电极材料组成的超级电容器具有理想的电容特性。