在KOH活化的激光诱导石墨烯上沉积MnO2用于柔性平面微型超级电容器(英文)

柔性超级电容器具有超高的功率密度和超长的循环寿命，结合其结构的灵活性、轻质和形状多样性的特点，在储能领域具有巨大的应用潜力。发展柔性超级电容器首先要解决柔性电极制备的难题。本研究通过激光直写技术结合KOH活化得到高柔性、高导电性的微孔石墨烯基底，即活化的激光诱导石墨烯(a-LIG)，然后用电化学沉积法在其上沉积二氧化锰，成功开发出柔性a-LIG/MnO₂电极。在1 mol/L的Na₂SO₄电解质中，当电流密度为1 mA/cm²时，复合aLIG/MnO₂电极表现出304.61 mF/cm²的高面积比电容。以a-LIG/MnO₂为阳极，a-LIG为阴极，PVA/H₃PO₄为凝胶电解质，组装了柔性非对称超级电容器，在功率密度为260.28μW/cm²时其面积能量密度为2.61μWh/cm²，在电流密度为0.2 mA/cm²时其面积比...     

ZnO@Mo-CNT-MnO2纳米阵列用于构筑超高倍率性能的柔性非对称超级电容器(英文)

MnO₂作为超级电容器电极材料具有理论比电容高、成本低、环境友好等优点,但其低导电性和低利用率阻碍了其潜在应用.本研究首先在柔性碳布上电化学生长ZnO纳米棒阵列作为电极衬底,然后通过阳极电沉积法在ZnO纳米棒阵列表面外延生长了Mo和碳纳米管(CNTs)共掺杂的MnO₂薄膜,可控构筑了有效、高导电性的MnO₂纳米阵列电极(定义为ZnO@Mo-CNT-MnO₂ NA).柔性ZnO@Mo-CNTMnO₂ NA电极在100 A g^-1的大电流充放电密度下比电容可达237.5 F g^-1,10,000次循环后电容保留率高达86%.采用ZnO@Mo-CNTMnO₂ NA电极组装成水系非对称超级电容器,弯曲状态下在132.35 mW cm^-3(5mA cm^-2)高功率密度下获得了1.13 mW h cm^-3的高能量密度,5mA cm^-2充放...     

NiS/Ni3S2@NiWO4纳米阵列用于构造能量密度创新高的全固态混合超级电容器

混合型纳米电极材料的合理设计及合成对于其不同的应用具有重要意义,尤其是对于可用于下一代电动汽车和电子设备供电的高效纳米结构超级电容器(SCs)储能器件.本文报道了一种简便可控合成核-壳Ni₃S₂@NiWO₄纳米阵列的方法,并将其用于混合超级电容器的独立电极.在5 mA cm^-2的条件下,所制备的Ni₃S₂@NiWO₄独立电极表现出高达2032μA h cm^-2的面积容量;即使电流密度增至50 mA cm^-2,其容量保留率仍为63.6%.更重要的是,在功率密度为3.128 mW cm^-2时,该Ni₃S₂@NiWO₄纳米阵列混合超级电容器仍表现出1.283 mW h cm^-2的最大能量密度;而在能量密度为0.753 mW h cm^-2时,该超级电容器表现出的最大功率密度为41.105 mW cm^-2.此外,该混合超级电容器在连续10,000次循环后仍能保持89.6%的原始容量,从而进一步证明其优异的稳定性.本研究为合理设计各种核壳金属纳米结构提供了便捷途径,有助于促进其在高性能储能器件领域的广泛应用.     

泡沫镍上生长的具有三明治纳米结构的MnCo2O4@NiCoMnS4用于高性能水系非对称超级电容器(英文)

本文介绍了一种由水热生长的MnCo₂O₄ (MCO)纳米线以及随后电沉积的NiCoMnS4(NCMS)纳米片组成的高性能超级电容器电极材料,即泡沫镍上生长的MCO@NCMS.由于其多孔和互联的纳米结构以及MCO和NCMS的协同效应,在1 mA cm^-2处实现了12,020.8 mF cm^-2的高电容,并展现出良好的倍率性能以及循环稳定性.电化学测试表明,组装成的水性非对称超级电容器在0.800 mW cm^-2的功率密度下,达到0.611 mW h cm^-2的高能量密度并具有良好的循环稳定性,即在15,000次充放电循环后,容量保持率可达90%,且保持100%的库仑效率.     

泡沫镍@石墨烯水凝胶@镍钴氢氧化物的制备及其超级电容性能

采用水热法将石墨烯生长到泡沫镍上,获得泡沫镍@石墨烯水凝胶基底材料(NF@GH),再以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为导向剂,在120℃下水热反应后得到NF@GH@NiCoLDH。并研究了石墨烯水凝胶对NF@GH@NiCoLDH复合材料电化学性能的影响。1 mA cm^-2电流密度下NF@GH@NiCoLDH的比容量可达3658 mF cm^-2,15 mA cm^-2时的比容量保持率为67.5%,高于NF@NiCoLDH(58%);10000次循环后的容量保持率为62%(15 mA cm^-2),具有较好的循环稳定性和倍率性能。以NF@GH@NiCoLDH为正极材料组装的不对称超级电容器比容量为909 mF cm^-2(1 mA cm^-2),器件的最高能量密度为0.25 mWh cm^-2(功率密度为0.7 mW cm^-2)。     

聚苯胺基柔性凝胶电极的制备及其在超级电容器的应用

可承受大而复杂变形的能量存储设备的开发对于新兴可穿戴电子设备至关重要。目前，由导电聚合物制成的水凝胶在加工过程中实现了高电导率和多功能性的融合。利用简单的两步共聚方法成功构建了一种具有丰富微孔结构的水凝胶超级电容器：聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酰胺(PAM)形成双交联网络水凝胶，赋予刚性聚苯胺柔性，此外，聚丙烯酰胺提高了聚苯胺基水凝胶的机械强度，使得聚苯胺基(NPP)水凝胶具有良好的力学和电化学性能，在1 A·g^-1其抗拉强度和比电容分别为0.3 MPa与269.12 F·g^-1。聚苯胺(PANI)的添加减小了聚乙烯醇和聚丙烯酰胺双交联网络水凝胶(PP)电极的内阻，其修饰后的电阻值为39.184Ω,这使得NPP水凝胶实现了较高的电子传输能力。这种水凝胶的灵活开发集成为能源系统提供了一种替代策略，适合于超级电容器等多种应用。     

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...     

微晶形状对锐钛矿型TiO2材料超级电容器性能的影响

研究了晶粒各向异性对锐钛矿型TiO₂电化学性能的影响，这对超级电容器材料性能提升具有显著的意义。利用水热合成法，以HF和H₂SO₄为不同的酸性形貌诱导剂，钛酸四丁酯为钛源制备了片状和球状微晶的TiO₂,两者会暴露不同的晶面。经X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)证实片状TiO₂暴露的晶面是高活性{001},而球状TiO₂暴露的晶面具有随机性。采用X射线光电子能谱(XPS)和比表面及孔隙度分析(BET)以及相应的电化学性能测试：结果表明片状TiO₂的比表面积(112.76 m²/g)是球状TiO₂比表面积(46.88 m²/g)的2.41倍，片状TiO₂超级电容器的比电容(174.0 F/g)是球状TiO₂超级电容器比电容(67.00 F/g)的2.59倍，同时片状TiO₂     

铁掺杂二硫化钼纳米片作为高效的双功能电解水催化剂

设计和合成具有高活性、耐久性的非贵金属电解水催化剂对能量转化和储存具有重要意义。在研究中,通过硝酸铁、硫代乙酰胺与二水钼酸钠在无水乙醇中的水热反应制备了铁掺杂二硫化钼(Fe-MoS₂)的纳米材料。Fe-MoS₂具有较高的析氧反应(OER)活性,在1 mol/L KOH电解质中,当电流密度为10 mA·cm^-2时过电位为250 mV,塔菲尔斜率为219 mV·dec^-1,而且Fe-MoS₂在这些条件下可稳定超过10 h以上。同时其具有良好的析氢反应(HER)活性,在0.5 mol/L H₂SO₄电解质中,当电流密度为10 mA cm^-2时过电位为220 mV。此外,在1 mol/L KOH电解液中,Fe-MoS₂/C(阳极)//Fe-MoS₂/C(阴极)两电极体系具有良好的电解水催化活性,在10 mA cm^-2的电流密度下低电位为1.77 V。为开发...     

以MoS2修饰的3D打印还原石墨烯气凝胶制备微型超级电容器电极(英文)

微型超级电容器(MSCs)具有高的功率密度和卓越的循环性能,广泛的潜在应用,因而受到诸多关注。然而,制备具有高表面电容和能量密度的MSCs电极仍然存在挑战。本研究使用还原石墨烯气凝胶(GA)和二硫化钼(MoS₂)作为材料,结合3D打印和表面修饰方法成功构建了具有超高表面电容和能量密度的MSCs电极。通过3D打印技术,获得具有稳定宏观结构和GA交联微孔结构的电极。此外,采用溶液法在3D打印电极表面加载MoS₂纳米片,进一步提高了材料的电化学性能。具体而言,电极的表面电容达3.99 F cm^-2,功率密度为194μW cm^-2,能量密度为1 997 mWh cm^-2,表现出卓越的电化学性能和循环稳定性。这项研究为制备具有高表面电容和高能量密度的微型超级电容器电极提供了一种简单高效的方法,在MSCs电极领域具有重要的参考意义。     

聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/MXene复合材料的制备及电容性能研究

MXene材料具有组分灵活可调、电容量较高等优势在超级电容器储能领域备受关注。采用电化学法制得聚3, 4-乙烯二氧噻吩/Nb₂CT_x MXene (PEDOT/MXene)复合电极材料。结果表明,在扫描速率为30 mV·s^-1时,PEDOT/MXene的面积比电容可达250.21 mF·cm^-2,当电流密度从0.1 mA·cm^-2增加到5 mA·cm^-2时,PEDOT/MXene的面积比电容保持率为83.5%,远优于PEDOT的64.1%,并且在100 mV·s^-1的扫描速率下循环测试1 000次后初始电容保持率可达84%,表现出良好的倍率性能和稳定性。工作为基于MXene基材料构筑高性能电化学储能界面提供了一定的借鉴。     

rGO/PANI/MnO2三元复合材料的制备和电化学性能

用水热合成法和冻干操作制备石墨烯/聚苯胺/二氧化锰三元复合材料(rGO/PANI/MnO₂),使用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对其进行了表征。结果表明,用这种简单高效的方法制备的复合材料,具有相互交联的网络状结构和自支撑特性。在反应过程中MnO₂与聚苯胺形成不规则的块状结构,共沉积在石墨烯自组装形成的网络片层上。这种复合材料具有良好的电容性能,比电容为388 F·g-1(0.5 A·g^-1),优于单纯的石墨烯(rGO,234 F·g-1)和聚苯胺电极(PANI,176 F·g-1)。使用这种复合材料作为正极、rGO作为负极组装的一种不对称超级电容器,能在0～1.6 V范围内可逆循环,功率密度为17.48 W·kg^-1时最大能量密度为13.5 Wh·kg^-1。     

NiFe-植酸复合物的室温制备及其全解水电催化性能

制备高稳定性、高活性双功能催化剂用于全解水制氢是氢能源大规模商业化应用的重要环节之一。本文以植酸(PA)、六水合氯化铁(FeCl₃·6H₂O)和六水合氯化镍(NiCl₂·6H₂O)为原料,采用两步室温浸渍法在泡沫镍(NF)上制备了片状无定形植酸-镍铁双金属复合材料(NiFe-PA)。采用线性扫描伏安法(LSV)考察了NiFe-PA修饰NF电极(NiFe-PA/NF)在碱性条件(1.0 mol/L KOH)的电解水催化性能。实验结果表明：由于NiFe双金属之间的协同效应,NiFe-PA/NF作为双功能催化剂显示出优越的析氧和析氢性能。NiFe-PA/NF电极在50 mA·cm^-2电流密度下析氧反应的过电位仅需220 mV;在10 mA·cm^-2电流密度下的析氢反应的过电位为135 mV。将NiFe-PA/NF组装成双电极系统用于全解水,达到10 mA·cm^-2电流密度的电池电压仅需1.61 V,低于贵金属催化剂体系RuO₂     

静电纺丝制备MWCNTs/PVA定向导热复合纤维膜

将浓HNO₃和浓H₂SO₄酸化处理后的多壁碳纳米管(MWCNTs)加入聚乙烯醇(PVA)纺丝液中，通过静电纺丝法制备了不同MWCNTs含量的MWCNTs/PVA复合纤维膜。FT-IR分析表明，酸化后的MWCNTs表面含有大量羟基和羧基。TEM分析表明，MWCNTs在PVA内部呈定向线性排列。有效导热通道的形成，使得MWCNTs/PVA复合纤维膜的水平导热系数显著增大，5%MWCNTs/PVA的水平导热系数为1.32W/(m·K),为纯PVA纤维膜导热系数的6.6倍。同时，MWCNTs的添加提高了复合纤维膜的热稳定性，5%MWCNTs/PVA的热分解温度达到295.7℃,比纯PVA纤维膜提高了14.4℃。利用红外热像仪探测了MWCNTs/PVA复合纤维膜应用于LED灯的散热效果，5%MWCNTs/PVA纤维膜能有效降低LED灯珠的附近温度约11℃。     

具有智能电致变色功能的镍钴双金属氢氧化物电极基柔性镍锌电池用于可视化监测剩余电量（英文）

具有电化学变色功能的柔性电池在智能电子领域显示出巨大的应用潜力.然而,具有可视化电量预警功能的镍锌电池目前尚未见报道.在此,我们设计了一种用于柔性镍锌电池的电致变色镍钴氢氧化物/镍/氧化铟锡(NiCo BH/Ni/ITO)柔性电极.通过优化Ni层厚度,电极在电流密度为0.1 mA cm^-2时,着色效率为5 9.8 9 cm²C^-1,容量为7.1 5μA h cm^-2.相应组装的电致变色镍锌电池功率密度为160μW cm^-2时,能量密度为12.69μW h cm^-2,优于部分文献报道的透明柔性超级电容器和电致变色电池.值得注意的是,组装的镍锌电池在充放电过程中显示出可逆的颜色变化,提供了一种可视化监测电池剩余电量的新功能.     

常压干燥法制备TiO2气凝胶

以钛酸丁酯为原料, 乙酸为有机配体, 甲酰胺为干燥控制化学添加剂(DCCA), 采用溶胶-凝胶法和溶剂置换等后续工艺, 实现了块状TiO₂气凝胶催化剂的常压干燥法制备, 并考察了有机配体对气凝胶结构性能的影响。采用XRD、BET、SEM、EDS及DSC-TG对样品进行表征。结果表明: 当有机配体与钛酸丁酯物质的量之比为0.9时, 制备的样品性能最佳, 该TiO₂气凝胶样品为非晶态, 表观密度为0.25 g·cm^-3, 比表面积716.5 m²·g^-1, 平均孔径19.1 nm; 在850℃大气气氛下热处理2 h后, 比表面积为122.4 m²·g^-1, 平均孔径23.4 nm, 具有较高光催化活性; 经1000℃热处理后, TiO₂晶型仍为锐钛矿相, 热稳定性较好, 光催化活性有所降低。未采用有机配体制备的TiO₂气凝胶表观密度为0.57 g·cm^-3, 比表面积为482.2 m²·g^-1。有机配体的使用更有利于制备出表观密度较小、比表面积较高的TiO₂气凝胶。     

碳纳米管/聚苯胺复合电极的制备及其性能表征

采用柔性碳布作为复合电极的集流体,将高导电性的碳纳米管(CNTs)通过静电植绒的方式嵌入聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂中,得到具有更大电化学活性表面积的复合结构。然后将所得的材料通过电化学沉积的方式将具有赝电容特性的聚苯胺(PANI)镀在CNTs表面,得到了具有碳纳米管/聚苯胺(CNTs/PANI)两种活性物质的二元复合电极。采用扫描电子显微镜(SEM)对电极材料的结构进行表征。并将其与含有硫酸的聚乙烯醇(PVA)水凝胶电解质组装成具有对称结构的柔性固态超级电容器(SSC),并利用电化学工作站对其电性能进行测试,结果表明：在1 mA/cm²的电流下,具有517 mF/cm²的比容量;经过2500次的循环后,具有79.8%的容量保持率,库伦效率超过97%。该研究表明静电植绒技术可以作为制备高性能电极材料的一种有效途径。     

Current-Induced Magnetic Switching in an L10 FePt Single Layer with Large Perpendicular Anisotropy Through Spin–Orbit TorqueOA

In this study, current-induced partial magnetization-based switching was realized through the spin–orbit torque(SOT) in single-layer L1₀ FePt with a perpendicular anisotropy(K_u⊥) of 1.19 × 10⁷erg·cm^-3(1erg·cm^-3= 0.1 J·m^-3), and its corresponding SOT efficiency(β_DL) was 8 × 10^-6Oe·(A·cm^-2)^-1(1Oe = 79.57747 A·m^-1), which is several times higher than that of the traditional Ta/Co...     

纤维增强ZrO2泡沫陶瓷的制备及导热性能

ZrO₂气凝胶具有比表面积大、吸附能力强、隔热等优异性质，在催化剂载体、气体过滤材料、高效隔热材料、高温构件等领域具有广阔的应用前景。然而，氧化锆气凝胶在高温环境下因晶型转变导致孔结构破坏、骨架结构坍塌而表现出较差的力学性能，使其在实际应用中受限。采用纤维增强方法，在高热稳定氧化锆气凝胶基础上，通过H₂O₂发泡法制备了高强度ZrO₂泡沫陶瓷，并对其进行了制备工艺以及高温热温度性、表观密度、气孔率、抗压强度和导热性能进行测试分析。测试结果表明，气凝胶与纤维增强结合的泡沫陶瓷经5 h、1 400℃高温处理后仍然保持四方晶相结构，表现出优良的高温热稳定性。当纤维含量为35%时，氧化锆泡沫陶瓷抗压强度最佳，为15.3 MPa。当纤维含量为30%、H₂O₂与ZrO₂气凝胶质量比为4∶8时，泡沫陶瓷的表观密度最低，仅为1.104 g·cm^-3,气孔率为81.6%,且分别在室温、1 000℃条件下，泡沫陶瓷的导热系数分别为0....     

一步法合成具有优异循环性能的聚苯胺纳米线/自支撑石墨烯复合材料

研究采用一步电化学剥离和电沉积法,在含Na₂SO₄、HCl与苯胺(An)单体的混合溶液中,以柔性石墨纸为原料,利用电场条件下电解液离子定向迁移和苯胺单体的电聚合制备聚苯胺纳米线/自支撑石墨烯(PANI/SGr)复合材料。更具活性的新生SGr与PANI结合,显著提高了PANI/SGr复合材料的稳定性。PANI呈纳米线状均匀分布在SGr上,形成的三维网络结构所呈现出的孔隙促进了电解液离子扩散到复合材料的内部结构中。将PANI/SGr复合材料作为超级电容器电极材料进行电化学测试,2 mV·s?1的扫速下获得的比电容为453 F·g?1。在0.5~10 A·g?1的电流密度范围内,PANI/SGr复合材料倍率性能达73.1%。在1 A·g?1的电流密度下PANI/SGr复合材料经10000次充放电之后的循环稳定性仍高达87.3%。这表明PANI/SGr复合材料具有良好的电容性能和优异的循环稳定性,有望作为超级电容器电极材料。