微米螺旋碳纤维的电容特性

用CVD法合成微米螺旋碳纤维（carbon microcoils,CMCs）,用硝酸和KOH等对其进行纯化和活化处理,用扫描电镜（SEM）、光学显微镜观察其形貌,用X-射线能谱仪分析反应后催化剂成分,并采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学方法分析CMCs超级电容器性能。结果表明,在50 mA·g^-1电流密度条件下,初始CMCs产物的比电容为12.7 F·g^-1,纯化处理后的比电容为41.4 F·g^-1,活化处理后则达到111.1 F·g^-1,为处理前的8.75倍。表明纯化特别是活化处理使其电容性能显著提高。     

B掺杂MnO2的制备及其电化学性能

用一步水热法制备B³⁺掺杂Birnessite-MnO₂负极材料,使用XRD,Raman,SEM,TEM,XPS和恒电流充放电等手段表征了材料的结构和电化学性能。结果表明,B³⁺掺杂前后的MnO₂都是由二维纳米片组装而成的花球,B³⁺离子掺杂使纳米片的厚度减小,从而缩短了锂离子和电子在材料内部的传输路径;掺杂适量的B³⁺离子,使Birnessite-MnO₂的电荷转移电阻显著降低。B³⁺掺杂比例为9%的电极材料,具有最优的电化学性能。在电流密度为100 mA·g^-1和1000 mA·g^-1的条件下,首次充电比容量分别为855.1 mAh·g^-1和599 mAh·g^-1,循环100次后仍然保有805 mAh·g^-1和510.3 mAh·g^-1的可逆比容量,容量保持率分别为94.1%和85.2%。     

基于结构调节碳材料的掺氮种类和含量及其超级电容器储能应用

碳材料是极具潜力的超级电容器电极材料, 但是其容量较低。异质原子掺杂, 尤其是氮掺杂, 是大幅度提高碳材料电化学性能的有效方法。但是在碳材料中实现高含量的活性氮掺杂仍极具挑战。本研究通过Si-O-Si网络和氧化铝之间的相互作用成功调节碳材料的掺氮种类及其含量。除此之外, 通过调节前驱体组成, 碳材料的结构可以从珊瑚状转变为三维结构。在反应中, 氧化物中的氧原子可以和碳材料中氮原子成键, 氮原子不易逃离, 从而实现高含量氮掺杂(5.29at%@1000 ℃)。另一方面, 相互作用使碳材料孔体积增大(1.78 m³·g^-1)和孔径分布加宽(0.5~60 nm)。因此, 获得的富氮掺杂碳材料具有302 F·g^-1@1 A·g^-1的高容量和177 Fg^-1@120 A·g^-1的杰出倍率性能。此独特的固氮方法是一种有潜力的制备高性能超级电容器电极材料的策略。     

5-磺基水杨酸掺杂聚吡咯/ZIF67复合材料的超电容性能

为充分利用金属-有机框架化合物(MOF)丰富的多孔结构与导电聚合物的独特掺杂结构,研究掺杂剂对MOF/导电聚合物复合材料的结构及电化学性能的影响,以实现稳定的化学掺杂。通过调控Co²⁺与2-甲基咪唑的摩尔配比常温反应制备得到三维花状结构的ZIF-67(命名为Z8);利用简便的原位聚合反应制备得到5-磺基水杨酸(5-SSA)掺杂聚吡咯(PPy)/Z8复合材料。Z8的引入能在一定程度上减少PPy微球的堆积,其与5-SSA之间的多重氢键、共轭效应等有利于PPy实现稳定的化学掺杂,其有利于电子及电解质离子的快速传输,并为PPy提供支撑。电化学测试结果表明,所有的复合材料中,PPy/10wt%Z8可获得最佳的电化学性能,其在1 A·g^-1的电流密度下的比电容可达300 F·g^-1。以PPy/10wt%Z8为正极,活性炭为负极,柔性碳布作为支撑体,聚乙烯醇(PVA)-H₂SO₄为电解质组装得到柔性非对称超级电容器,在1 mA·cm^-2的电流密度下,其比电容为200 m...     

菲醌修饰多孔碳纳米管复合材料的制备及其在对称超级电容器中的应用

为获得具有优异电化学性能的超级电容器电极材料,首先依次对实验合成的聚吡咯(PPy)纳米管进行碳化处理和活化处理来制备层级多孔碳纳米管(PCNTs)。然后用一步溶剂热法将9,10-菲醌(PQ)分子通过π-π堆积作用进一步修饰到PCNTs表面得到PQ分子非共价修饰的PCNTs复合材料(PQ/PCNTs)。不仅对合成的复合材料进行了形貌表征,而且还通过循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)研究了具有不同PQ分子负载率的复合材料(PQ/PCNTs)的超级电容性能。实验结果表明：PQ分子与PCNTs质量比为5∶5的复合材料的电化学性能最好,在1 A·g^-1的电流密度下的比容量可以达到407.7 C·g^-1。同时复合材料表现出优异的倍率性能(电流密度为50 A·g^-1时的比容量为307.3 C·g^-1)和循环稳定性能(在10 A·g^-1电流密度下循环10,000次后电容保持率为91.4%)。为了进一步研究复合材料的实际应用性能,以PQ与PCNTs质量比为5∶5作...     

冷冻干燥辅助一步碳化-活化壳聚糖基多孔碳的制备及电化学性能

本工作采用冷冻干燥辅助一步碳化-活化法制备了壳聚糖基多孔碳(CSPC)，利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱分析仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)和氮气吸脱附实验(BET)对不同活化剂比例下材料的结构形貌及化学组成进行表征，探究了其电化学性能。结果表明：CSPC表面粗糙，比表面积高达2 178.9 m2·g^-1，具有显著的分级多孔结构和较高的中孔率，并含氮、氧等杂原子，赋予电极材料较好的导电性、良好的润湿性和高离子扩散率，使其表现出优异的电容特性。当活化剂与壳聚糖质量比为1∶1时，多孔碳(CSPC-1.0)在0.5 A·g^-1的电流密度下，比容量高达386.0 F·g^-1，当电流密度为20 A·g^-1时，其比电容仍然高达319.6 F·g^-1，表现出优异的倍率性能；同时，在5 A·g^-1的电流密度下，电极经过10 000次充放电循环后容量保持率为94.4%，表现出优异的循环稳定性。以CSPC-1.0为电极活性物质组装成...     

双模板-水热炭化制备马蹄形中空多孔炭及其电化学性能

以木糖为碳源,利用嵌段共聚物聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(P123)/十二烷基硫酸钠(SDS)混合乳液构筑微反应器,水热炭化制备马蹄形中空多孔炭。研究表明木糖在微反应器与溶液界面发生水热反应, 160℃水热条件下P123的亲水聚环氧乙烷嵌段(PEO)亲水性下降并向乳液内部增溶,使乳液逐渐润胀和破裂。P123/SDS质量比会影响微反应器的完整度,而水热时间可以调控微反应器的开口角度和空腔直径。开放性空腔能储存更多电荷和离子并缩短传输距离,使多孔炭的比电容和能量密度增大且与空腔直径呈正相关关系。当P123/SDS质量比为1.25:1、水热时间为12h时,马蹄形中空多孔炭的开口角度(63°)和空腔直径(80nm)最大、电化学性能最佳,在6 mol·L^-1 KOH三电极体系中电流密度1 A·g^-1时比电容达292 F·g^-1;在两电极体系中电流密度0.2 A·g^-1时比电容达185 F·g^-1,能量密度达6.44 Wh·kg^-1;电流密度5 A·g^...     

高能球磨破碎铁掺杂δ-MnO2对其电容提升的机理研究

层状结构的δ-MnO₂有利于离子扩散和电荷存储转移,但电导率差、比表面积小、结构团聚等缺陷限制了其电容性能。本工作提出了一种高效的辅助工艺,该工艺利用球磨的高能机械冲击力改善δ-MnO₂的团聚现象,使得致密片层状结构的δ-MnO₂的粒径显著减小、结构的有序性降低、更多有利于其氧化还原反应快速进行的活性位点被暴露,有利于赝电容和扩散电容的提升。通过研究材料的晶体结构、形貌特征以及元素组成,探究球磨对材料电化学储能的影响机制。电化学测试结果表明,球磨后的δ-MnO₂表现出更优异的电容性能。在电流密度为0.5 A·g^-1时,δ-MnO₂的比电容为237.5 F·g^-1,较未球磨的δ-MnO₂纳米片提高250%;在0.5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次,δ-MnO₂仍能保持90.4%的初始电容。通过对球磨前后的δ-MnO₂电化学性能进行综合评估,...     

石墨烯负载花球状二氧化锰复合材料制备及其电容性能研究

利用高锰酸钾与乙醇之间的氧化还原反应,在多孔石墨烯表面沉积纳米二氧化锰花球,获得了一种新型的复合电极材料。通过XRD,TG,SEM,TEM等分析手段确定了材料的晶体结构、化学成分、微观形貌特征。电化学性能测试表明:纳米二氧化锰花球具有优异的比电容,但是倍率性能和循环性能不足。通过在石墨烯表面负载纳米二氧化锰花球,能够显著增加石墨烯的比电容,同时改善纳米二氧化锰花球的倍率性能和循环性能。采用0.5mol/L K_2SO_4电解液,进行三电极循环伏安测试,复合电极材料在2mV·s^-1扫速下的比电容高达295F·g^-1,在1000mV·s^-1扫速下,比电容仍然可达102F·g^-1,同时100mV·s^-1,1000次循环后,电容循环保持率可达96.3%。这表明石墨烯负载花球状二氧化锰材料是一种极具潜力的超级电容器电极材料。     

厨余白菜基活性炭的制备及其电容性能

为了探索厨余垃圾再利用的新途径,首次以厨余白菜为原料通过炭化、化学活化法制备了白菜活性炭(CCAC)应用于超级电容器。利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、氮气吸脱附、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对其结构和组成进行了表征。结果显示CCAC具有规整的蜂窝状纳米多孔结构和丰富的官能团。三电极体系中,在不同浓度KOH电解液中测试了CCAC电极的电化学性能。结果表明CCAC电极在6 M KOH电解液中的比电容最高,在0.5 A·g^-1时为357 F·g^-1,并且在20 A·g^-1时循环10000圈后比电容仍能保持在99.6%,展现出极好的稳定性。此外,以该电极组装的对称器件在能量密度达到11.9 Wh·kg^-1时,功率密度达到了207.7 W·kg^-1。这些结果表明以厨余白菜作为一种新型活性炭材料来制备超级电容器电极,具有实际应用价值。     

氮掺杂碳纤维包覆石墨烯纳米片的构建及电容特性

以石墨烯纳米片为骨架,聚吡咯为碳源,设计构建氮掺杂碳纤维包覆石墨烯纳米片（NFGNs）复合材料。采用SEM,XRD,Raman,FTIR,XPS和BET对材料进行表征,结果表明：相互连通的氮掺杂碳纳米纤维均匀地包覆生长在石墨烯纳米片层表面;NFGNs-800复合材料的氮原子分数为11.53%,比表面积为477.65 m²·g^-1。电容特性测试结果表明：NFGNs-800电极材料的比电容为323.3 F·g^-1（1.0 A·g^-1）,且具有良好的倍率特性;NFGNs-800超级电容器在功率密度为10500 W·kg^-1时,能量密度为87.1 Wh·kg^-1;经过10000次恒流充放电循环后,比电容保持率95.9%,库仑效率保持在99%以上。     

水蒸气二氧化碳共活化制备聚苯胺基活性碳在离子液体超级电容器中的应用

通过水蒸气二氧化碳(H2 O(gas)-CO2)共活化的物理活化方法制备聚苯胺基活性碳被广泛应用于商业活性碳的规模化生产,相比于化学活化方法,该方法制备的活化产物无活化剂残留、 清洗简单且工艺过程环保.以聚苯胺为原料,探究了H2 O(gas)的量和CO2分压对活化产物的影响.采用氮气吸/脱附、 扫描电镜(SEM)、 透...     

碳包覆改性二氧化锰电极材料的制备和性能

先以高锰酸钾(KMnO₄)和硫酸锰(MnSO₄·H₂O)为原料用电脉冲辅助氧化还原法制备二氧化锰(MnO₂)粉末,再以葡萄糖(C₆H₁₂O₆)为碳源用液相烧结法制备出不同碳包覆量的MnO₂/C复合材料,研究了碳包覆量对材料的形貌、结构和电化学性能的影响。结果表明,碳的加入使MnO₂晶型由γ型转变为α型,葡萄糖加热分解后生成无定型的碳覆着在二氧化锰颗粒的表面,抑制了晶粒生长而使晶粒细化。充放电测试结果表明,在葡萄糖浓度为1.5 g/L、电流密度为2 A·g^-1条件下二氧化锰的比电容为722.2 F·g^-1。与包覆二氧化锰前比较,包覆后比电容提高了64.6%。经过4000圈充放电循环后电容保持率为74.72%,表现出良好的电容特性和循环性能。     

碗状C@FeS2@NC复合材料的制备及其电化学性能

在二氧化硅微球表面包覆一层酚醛树脂并在高温下将其转化为碳壳,然后进行溶剂热反应、多巴胺包覆、高温硫化以及氢氧化钠刻蚀,制备出碗状C@FeS₂@NC(氮掺杂碳层)复合材料。这种复合材料具有开放性三维碗状结构,能释放体积变化产生的应力,其较大的比表面积(70.67 m²·g^-1)有很多的活性点位。内外双层碳壳提高了这种复合材料的导电性并提供了稳定的机械结构,外层NC具有很好的保护作用。将这种复合材料用作锂离子电池负极,在0.2 A·g^-1电流密度下首圈放电比容量和充电比容量分别为954.3 mAh·g^-1和847.2 mAh·g^-1,对应的首圈库伦效率为88.78%。循环100圈后,其放电比容量稳定在793.8 mAh·g^-1。     

四氧化三钴/碳纳米管薄膜的水热合成及其储锂性能

以5-磺基水杨酸和戊二酸为螯合和氧化试剂,在水热条件下将硫酸钴氧化成纳米级Co₃O₄。以碳纳米管薄膜为载体将Co₃O₄颗粒紧密地附着在碳纳米管上使其填充入碳纳米管薄膜的空隙生成Co₃O₄/碳纳米管复合材料薄膜(Co₃O₄@CNTs),并研究其储锂性能。电化学测试结果表明,Co₃O₄@CNTs薄膜具有较高的放电比容量和优异的倍率性能,在0.2C倍率下初始放电比容量高达1712.5 mAh·g^-1,100圈循环后放电比容量为1128.9 mAh·g^-1的;在1C倍率下100圈循环后放电比容量仍然保持527.8 mAh·g^-1。Co₃O₄@CNTs薄膜优异的性能源于Co₃O₄与CNTs的协同作用。高分散性的Co₃O₄增大了活性材料与电解液之间的接触面积,CNTs有助于形成良好的导电网络提高电子电导率,进而提高了Co₃O₄负极材料的循环性能和倍率性能。     

组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶的制备及超级电容器性能

通过一步水热法制备组氨酸功能化碳点/石墨烯气凝胶(His-CDs/GA)。该材料具有独特的三维多孔结构、丰富的含氮和含氧官能团, 有利于电解液离子的快速扩散和提供更多的活性位点。当GO与His-CDs的质量比为2 : 1时, His-CDs/GA-2在1 A·g ^-1电流密度下比电容达到304 F·g ^{- 1}, 比GA(172 F·g ^-1)提高了76.7%; 当电流密度从1 A·g ^-1增加到50 A·g ^-1, 其比电容保持率为71.4%; 在电流密度10 A·g ^-1下, 循环充放电30000次后, 比电容仍保留93.5%。由His-CDs/GA组装的对称超级电容器展现出高能量密度(在功率密度为250 W/kg时, 能量密度达到10.14 Wh/kg)和良好的循环性能(在5 A·g ^-1下循环充放电20000次后, 比电容保持率为88.4%)。结果表明, His-CDs/GA是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。     

高性能自支撑CuS/SnS2锂电池负极材料

过渡金属硫化物作为锂电池负极材料具有极高比容量,但其制备的电极普遍存在导电性差、体积变化大等问题,本研究设计了一种新型的自支撑CuS/SnS₂镂空片状锂电池负极材料,以导电碳布作为基底,生长包覆CuS/SnS₂镂空纳米片,具备特殊的纳米包覆结构及双金属协同效应,使其在保持较高比容量的同时具备良好的循环稳定性,整体电化学性能优异。研究不同Cu/Sn含量对CuS/SnS₂负极材料电化学性能的影响,最佳配比的CuS/SnS₂负极材料在0.2 A·g?1电流密度下循环50次后比容量为1480 mAh·g?1,库伦效率稳定在99.5%,在2 A·g?1电流密度下循环200次后比容量仍能保持在697 mAh·g?1,库伦效率为99.8%。