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。     

多壁碳纳米管对SiO电极电化学性能的影响

以多壁碳纳米管(MWNTs)作负极材料导电剂制备了SiO/MWNTs复合电极. 采用恒流充放电测试对比考察了不同含量及类型的导电剂对SiO电极电化学性能的影响. 乙炔黑(AB)的SiO电极首次可逆比容量仅为582.3mAh·g^-1, 而20%MWNTs的电极比容量高达1463.9mAh·g^-1, 且SiO的循环性能得到显著改善. SEM、EIS测试结果表明: 多次循环后SiO/MWNTs电极仍能较好地保持活性颗粒的导电网络, 而脆性乙炔黑所形成的桥连作用遭到破坏, 导致活性颗粒间的接触电阻增大.     

活性炭涂层电极的制备及其电化学性能

采用涂覆分解法制备活性炭电极,研究不同制备条件下制得的电极的电化学性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、低温液氮吸附及傅立叶红外光谱(FTIR)对电极的结构和表面性质进行分析,利用电化学工作站对电极进行循环伏安电化学性能测试。结果表明,以高比表面积活性炭为吸附材料,导电炭黑为导电剂,聚偏氟乙烯(PVDF,142℃干燥)为粘结剂,且三者质量比为8∶1∶1时,所制备的活性炭涂层电极的比电容值最大,可达80F/g,远高于其他制备比例下电极的比电容。电极显示出良好的电化学稳定性,较高的双电子层容量,以及较强的吸附性能。     

多孔硅/碳复合负极材料的制备及电化学性能

以介孔二氧化硅SBA-15为硅源, 采用镁热还原法和化学气相沉积(CVD)法合成了具有莲藕状结构的多孔硅/碳复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸脱附法研究了原料配比, 混压方式以及反应温度对多孔硅物相组成和结构形貌的影响。多孔硅的最佳合成条件为: 镁粉过量20wt%, 原料经球磨混合均匀后直接在750℃下高温反应4 h。对多孔硅及多孔硅/碳材料进行了电化学性能测试, 在0.5 A/g电流密度下循环70次后仍保持1633.1 mAh/g的可逆容量, 并且在8 A/g下容量达到580.1 mAh/g, 表现出优异的循环稳定性以及倍率性能。     

含碳纳米管导电剂改善LiCoO2电极电化学性能

采用多壁碳纳米管(MWCNTs)和片状石墨(FNG)的复合物作导电剂来改善LiCoO2电极的电化学性能,并用恒电流充放电和扫描电子显微镜(SEM)对这种含MWCNTs的LiCoO2电极进行了研究.结果表明,复合物导电剂提高了LiCoO2电极的电化学性能.MWCNTs/FNG质量比为5的复合物(FNGMWCNTs)作导电剂,LiCoO2电极的0.2C首次放电容量约为154.2mAh/g.和单纯的MWCNTs作导电剂相比,FNGMWCNTs作导电剂,LiCoO2电极有好的倍率放电性能,在3C倍率放电电压更高,放电比容量更高.原因可能如下:首先,MWCNTs、FNG和LiCoO2颗粒三者实现了均匀的分散;其次,MWCNTs把多个孤立的FNG联系起来,形成了更为有效的导电通道.     

电化学电容器复合电极材料铜氧化物/多孔炭的制备及电化学性

通过化学沉积法制备了金属铜氧化物/多孔炭复合电极材料,考察了热处理温度及金属铜氧化物负载量对其理化性能的影响.测试结果表明,热处理过程能有效改变铜氧化物的形态,而铜氧化物的形态影响着复合电极材料的电化学行为.当多孔炭电极负载20wt%铜氧化物时,其循环伏安曲线出现较强的峰值电流,但其电化学性能不稳定,这种情况随着负载量的减少而有所改善.当负载3wt%金属铜氧化物时,其单电极比电容达到325F/g,高于空白多孔炭的比电容（256F/g）.     

镍钴硫化物/碳微球电极的制备与电化学性能测试

采用水热法通过设置反应物的不同比例制备了不同镍钴比的硫化物,利用X射线衍射仪与扫描电子显微镜对制备产物进行表征。以制备产物为活性物质、碳微球为导电剂、泡沫镍为基体制备出可测电极。通过循环伏安法(CV)与恒电流充放电等电化学方法分析测试了不同电极的电化学性能。反应物中镍含量为50%(质量分数)的电极,其CV曲线表现出较大的氧化还原电流密度,且在测试条件下具有最高的比电容938.7F/g。     

聚吡咯/石墨烯复合导电材料的制备及性能表征

利用电化学合成和化学还原方法制备了超级电容器用聚吡咯/石墨烯(PPy/GNs)复合电极材料,分别对比了恒电流和脉冲电流条件下石墨烯对电极材料电化学性能的影响,断口形貌及电性能测试结果表明,石墨烯因其良好的导电性能可有效提高电极的比容量,与聚吡咯(PPy)相比,恒电流制备的PPy/GNs(DC-PPy/GNs)电极比容量提高了13.5%。另外发现,脉冲电流制备的PPy/GNs(PC-PPy/GNs)超级电容器具有更大的比容量和更好的循环稳定性。导通时间为100ms时,PC-PPy/GNs复合电极材料在100mV/s的扫描速率下比容量可达280F/g。     

含碳纳米管导电剂改善Li4Ti5O12电极电化学性能

采用一种较为实用的调浆方法,考察了碳纳米管与乙炔黑的复合物(CNTs/AB)导电剂、乙炔黑(AB)导电剂和碳纳米管(CNTs)导电剂对Li_4Ti_5O_(12)电化学性能的影响,并用恒流充放电、扫描电子显微镜(SEM)和交流阻抗(AC)对添加上述3种导电剂制备得到的电极片进行研究.结果表明,采用该调浆流程能够克服CNTs在使用时出现的团聚问题,CNTs/AB复合物在改善Li_4Ti_5O_(12)电化学性能尤其在容量发挥和倍率性能方面比单一AB和CNTs具有明显优势.CNTs/AB复合物中两者的质量百分比为1:2～1:1时,0.5C时,Li_4Ti_5O_(12)电极的首次放电容量可高达157.0mAh/g,10.0C时,其放电容量可达到128.3mAh/g.与单一导电剂AB和CNTs相比,CNTs与AB复合使用时,由于CNTs的高长径比和良好导电性能使之能够起到"桥梁"作用把部分没有与活性物质充分接触的颗粒状导电剂AB与活性物质连接起来,因此两者的有机结合提高了CNTs/AB与活性材料的接触面积,使电极片能够形成有效的导电网络,有利于Li_4Ti_5O_(12)导电性能的提高.     

针状MnO_2超级电容导电剂添加剂研究

利用水热法合成了纳米级针状α型MnO2,在导电剂添加剂占电极材料15%的条件下,添加了AB、MWCNTs、GO,以不同比例复合构建导电网络并制得超级电容电极材料;采用X射线衍射、扫描电镜分析了纳米复合物的形貌和结构;并利用循环伏安法、计时电位法及交流阻抗测定了纳米复合材料的电化学性质和电容性质。结果表明:引入5%MWCNTS和10%AB比电容最好为83.50F/g(电流密度0.25A/g);引入10%AB与5%GO循环性能最佳,1000次循环保持率为87.1%;最后发现添加过多的MWCNTs会过度吸附溶液中离子,导致失效。     

全钒液流电池用碳纳米管-石墨复合电极的研究

将石墨(GP)和多壁碳纳米管(MWNT)按不同比例压片制成电极,用于全钒氧化还原液流电池电极材料,通过循环伏安、交流阻抗、充放电测试、SEM手段对MWNT-GP复合电极进行表征和分析.研究结果表明,MWNT含量为15wt%的MWNT-GP复合电极性能最佳,对组装成的静态电池在电流密度20~80mA/cm2进行充放电性能比较,电流效率均在93%以上,电压效率随着电流密度的增加而有所下降.     

无黏结剂柔性Si/CNT/纤维素复合阳极及其电化学性能

硅/碳复合材料作为最具潜力的下一代阳极材料,受到广泛关注。为减少硅巨大膨胀所产生的应力,避免硅纳米颗粒的粉化,提高硅基锂离子电池的电化学性能,制备了一种多微孔结构的多壁碳纳米管(MWCNTs)纸,嵌入纳米硅制得Si/MWCNTs/纤维素复合柔性锂离子电池阳极。FESEM显示,纳米硅均匀地嵌入在MWCNTs构建的三维导电网络中,纳米硅和导电载体具有良好的接触,使得界面电阻大幅下降,同时纳米硅在电池充放电过程中具有足够的膨胀空间,保证了材料的结构稳定性和化学稳定性。电化学检测显示,其首次放电比容量达到2024 mAh/g,循环30次后比容量维持在850 mAh/g,展示出良好的循环稳定性和较高的比容量。同时,其制作工艺相比传统涂敷类阳极得以简化,可操作性高,易于实现产业化。     

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。     

锂离子电池Si/C/石墨复合负极材料的电化学性能

采用热裂解方法, 热解分散于聚偏二氟乙烯溶液中的硅和石墨, 得到了具有稳定电化学循环性能的Si/C/石墨复合负极材料。透射电子显微镜观察发现, 复合材料形貌为无定型碳包裹硅颗粒的核壳结构。通过系统研究不同Si粒径和石墨含量对电极电化学性能的影响, 发现Si颗粒粒径越小复合材料电化学循环稳定性能越优越, 适当的降低石墨含量有利于电极材料剩余比容量的提高。当Si粒径为50 nm, Si与石墨质量比1:1时, 电极材料具有1741.6 mAh/g的首次放电比容量和72.5%的首次库仑效率, 60次循环后, 可逆比容量保持在820 mAh/g。热解有机物形成碳包覆的结构能有效地改善硅基类负极材料的电化学循环性能。     

Performance of Electric Double Layer Capacitors using Active Carbons Prepared from Petroleum Coke by KOH and Vapor Re-Etching

The electrochemical storage of energy in a special kind of active carbon materials used as capacitor electrodes is considered. Petroleum coke was used for preparation of carbons with different porosities by KOH and vapor etching with catalysis of FeCl3 in turn. Carbon electrodes were fabricated and used as electrodes of double layer capacitors.Nitrogen adsorption was used to characterize the porous structure of the carbons. The electrochemical performance of the capacitors in 6mol/L KOH was investigated with constant current charge and discharge experiments. A specific capacitance larger than 160F/g was achieved with an electrode composed of 75% active carbon with a specific surface area of 1180m^2/g and 20% graphite as conductive agent. Evaluation of capacitor performance was conducted by different techniques, e.g. voltammetry and impedance spectroscopy. Characteristics of the capacitor were also discussed. A hybrid power source consisting of nickel-hydrogen and double layer capacitor was demonstrated by powering successfully a simulated power load encountered in communication equipment.     

Application and exploration of nanofibrous strategy in electrode design

The key to develop high specific energy rechargeable batteries is development of new electrode materials.The existing electrode materials still have many problems: the shuttle effect and poor conductivity of the sulfur cathode,the inevitable volume expansion of the silicon anode and the lithium dendrite of the lithium metal anode that cause short circuits,etc.Nanofibers,as active electrical materials,conductive additives and electrode bodies,can play multiple roles in electrode design.More interestingly,nanofibers can be functionalized to obtain better controllable properties (i.e.,electrolyte affinity,pore size distribution and surface electronic structure),thereby further enhancing electrochemical performance.In this article,the latest research progress in electrode design based on nanofibers is reviewed,including processing methods,structure,morphology and electrochemical performance.The key problems affecting the electrochemical performance of the electrode are also discussed,such as the preparation process,atomic structure,electrical conductivity,surface area and pore distribution of nanofibers,to provide reference points for nanofibers in excellent electrode design.     

导电炭黑对富锂锰基层状氧化物电极性能的影响

研究了导电炭黑Super P的添加量对高电压富锂锰基层状氧化物电极电化学性能的影响,采用SEM和交流阻抗分析Super P添加量影响电极性能的原因。结果表明:高电压富锂锰基层状氧化物电极的倍率性能及循环性能均随Super P添加量增加呈先提高后降低的趋势,其中添加5%(质量分数,下同)Super P的电极具有最优的循环性能和倍率放电性能。这是因为提高Super P添加量能够增加Super P颗粒与富锂锰基层状氧化物颗粒之间的电接触,从而在电极中构建更为完善的电子导电网络,降低电极内部组分之间的阻抗,减小电极的极化,然而Super P添加量超过5%时,易发生团聚,不利于其充分发挥导电作用。     

PbO_2-CeO_2电极的制备及其电化学性能

为解决传统铅银合金存在的铅污染和钛基PbO2(DSA)基体易钝化、使用寿命短等问题,以不锈钢为基体,用稀土Ce改性,制备了PbO2-CeO2电极。分析了PbO2的形成机理,通过析氧曲线、Tafel曲线、EDS能谱及扫描电镜考察了温度、电流密度、稀土Ce等对电极性能的影响及所制备电极的元素分布及表面形貌。结果表明:最佳制备工艺为190 g/L Pb(NO3)2,15 g/L Cu(NO3)2,0.5 g/L NaF,30 g/L CeO2,pH值为2～3,机械搅拌,温度70℃,电流密度10～20 mA/cm2,时间30 min;所制备的镀层平整、均匀,电化学性能优良,镀层中CeO2质量分数约为4%～6%;PbO2-CeO2电极析氧电位1 500 mV左右,节能性能明显优于传统惰性阳极。