石墨烯/δ-MnO2复合材料的制备及其超级电容器性能

采用螯合法制备了RGO/δ-MnO₂复合材料,并用X射线粉末衍射（XRD）、低压氮气吸附脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱（EDS）、热重（TGA）对其结构和物相进行表征。采用循环伏安测试（CV）、恒电流充放电（GCD）以及循环测试对所制材料电化学储能进行测试。结果表明RGO/δ-MnO₂复合材料比纯石墨烯和纯δ-MnO₂具有更优异的电化学性能。当电流密度为1 A·g^-1时,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容可达322.6 F·g^-1,比纯δ-MnO₂电极材料高234.2 F·g^-1,比纯石墨烯高212.1 F·g^-1。当电流密度放大10倍后,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容保留率为79.1%。在1000次恒流充放电测试后,比电容为252 F·g^-1（99.6%）,说明该方法制备的RGO/δ-MnO₂复合材料是一种有应用前景的超级电容器电极材料。     

“一锅法”水热制备CuS/C复合材料及其在超级电容器中的应用

采用三水合硝酸铜为铜源、硫脲为硫源、D-葡萄糖酸钠为络合剂,发展了简单的"一锅法"水热直接一步合成CuS/C复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、激光显微拉曼光谱仪(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和有机元素分析仪对复合材料组成、结构及形貌进行表征。研究发现,样品主要由花状CuS球组成,同时含有质量分数约为6%的光滑炭球,CuS球表面分布有花瓣状褶皱,形成的大量孔道有利于离子传输,并增大活性物质与电解液的接触面积。研究表明,在1 A·g~(-1)电流密度下,比电容高达719 F·g~(-1),与不加络合剂制备得到的CuS(382 F·g~(-1))相比,比电容显著提高,并且在充放电1000次后比电容保持在80%左右,显示出良好的循环稳定性。     

多孔碳负载五氧化二铌及其在超级电容器中的应用

以间苯二酚、甲醛和草酸铌为原料,通过原位聚合和高温煅烧,制备出多孔碳负载的五氧化二铌（Nb₂O₅）材料。X射线粉末衍射和扫描电镜分析表明,负载在多孔碳表面上的五氧化二铌具有三维纳米凸起结构,属于正交晶型。循环伏安测试表明该复合材料的比电容达到290 F·g^-1,并具有良好的大电流放电能力,5 A·g^-1的放电电流下,容量可以达到108 F·g^-1。0.5 A·g^-1的首次放电容量为355 F·g^-1 （1.0~3.0 V vs. Li⁺/Li）,100次循环后容量保持率为82%。通过对交流阻抗图谱和等效电路的模拟分析,对其电化学赝电容特性进行了讨论。该复合材料降低了电解液中离子在充放电过程中的迁移路径和扩散阻力,实现Nb₂O₅活性材料的多维度接触,提高了Nb₂O₅的导电性,改善了其超级电容特性。     

聚间苯二胺/碳纳米管复合材料制备及其电容法脱盐研究

采用原位氧化聚合方法制备聚间苯二胺（PmPD）和碳纳米管（CNT）复合电极材料（PmPD@CNT）,考察了PmPD的添加对复合材料亲水性、电化学性能的影响,研究了以PmPD@CNT为电极的电容法脱盐（Capacitive Deionization,CDI）性能。扫描电镜和透射电镜分析表明PmPD的球形形貌保留在复合材料中且均匀包裹在CNT外表面。接触角测试证明,与CNT （107°）相比,PmPD@CNT的接触角（61°）显著降低,亲水性明显提高。X射线衍射和拉曼光谱图的测试结果证明PmPD@CNT相比CNT有更多的缺陷点位,有利于提高离子吸附能力。电化学测试证明,PmPD@CNT （72.5 F·g^-1,0.071 Ω）比CNT （27.4 F·g^-1,0.089 Ω）具有更高的比电容和较低的电阻。将PmPD@CNT制备成固体电极用于CDI组件进行饱和脱盐测试,结果表明以500 mg·L^-1的NaCl溶液为原料液及1.4 V操作电压条件下,该复合电极的盐吸附量为16.64 mg,对应的比吸附量为35.40 mg·g^-1,平均吸附速率为10.11 mg·g^-1·min^-1,PmPD@CNT的比吸附量和平均吸附速率分别是CNT的2.4和1.4倍。PmPD@CNT因其良好的亲水性,优异的电化学性能和脱盐性能,有望成为有竞争力的CDI电极材料。     

MnO2纳米空心球的制备及其电化学性能

采用水热法通过添加Ce离子制备了MnO₂纳米空心球电极材料。Ce离子对MnO₂的形貌和结晶程度有很大的影响,添加Ce离子后生成由纳米棒组成的中空球,中空球比表面积(BET)达到315.2 m²·g^-1。MnO₂电极电化学测试结果表明:当铈锰摩尔比为0.2时电极材料具有较好的电化学性能,其比电容达到178.6 F·g^-1,与未加Ce离子相比其比电容提高了2.6倍,而且经过1000次循环稳定性测试后比电容仍保留了90.5%。这些结果表明添加Ce离子有利于形成中空结构,并提高了MnO₂电极的比电容。     

磷酸镁多孔材料的制备及其在结构超级电容器的应用

以NaHCO₃为引气剂,利用化学发泡法制备磷酸镁多孔材料（MPCPM）,该材料孔径发达、强度较高。利用MPCPM和KOH复合形成结构载体/电解质双连续相系统,并与石墨烯电极组装成一种新型结构超级电容器。研究发现,MPCPM孔隙连通度是影响结构超级电容器电学性能的主要因素。内部连通孔隙结构有利于离子的运输,从而改善结构超级电容器的储能容量。使用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电以及抗压强度测试等方法研究化学发泡剂NaHCO₃掺量及养护龄期对结构超级电容器电学性能和力学性能的影响。NaHCO₃掺量为2.5%时比电容最高可达62.2 F·g^-1,比不掺加NaHCO₃时提高了34.1%。并且当NaHCO₃掺量为2%其比电容为38.79 F·g^-1,同时抗压强度高达18.76 MPa,显示出良好的多功能性。     

PANI/煤基石墨烯宏观体复合材料的制备及其电化学性能

以太西无烟煤为原料,采用催化热处理、改良Hummers氧化等方法,制备煤基氧化石墨烯（CGO）,进而以CGO和聚苯胺（PANI）为前驱体,采用水热自组装法,制备得到PANI/石墨烯宏观体复合材料（3D-PCG）。采用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等技术,研究了材料的组成、结构和形貌,考察了3D-PCG的电化学性能。结果表明,PANI以纳米棒状形态均匀镶嵌在煤基石墨烯宏观体（3D-CG）的网状结构中;当PANI与CGO质量比为1：2时,3D-PCG的电化学性能优于PANI和3D-CG,其比电容可达663 F·g^-1。     

法国梧桐枯叶基活性炭的制备及其在超级电容器中的应用

以生物质法国梧桐枯叶为原料,将炭化的枯叶通过KOH化学活化处理,制备法国梧桐枯叶基活性炭（PLAC）。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、氮气吸脱附对法国梧桐基枯叶活性炭的形貌、成分、比表面积、孔径分布等进行表征;运用三电极电化学体系,通过循环伏安,恒流充放电,循环稳定性测试,电化学阻抗谱分析法国梧桐枯叶基活性炭的超级电容器电极性能。结果显示,在800℃下碳化,通过KOH活化处理的法国梧桐基活性炭制备的电极,在1 A·g^-1电流密度下,比电容达到266 F·g^-1。电极在5 A·g^-1的电流密度下循环2000次后,比容量仍保留 97.0%,展示出良好的电极性能。     

中空棒状MOF及其衍生的磷酸盐类电池型电容性能的研究

为获得具有更高比容量的超级电容器正极材料,在单一金属有机框架材料的基础上研究多元金属有机框架及其衍生物的电容性能,以不同的金属元素（Ni、Co）比例制备多元金属有机框架材料,进而得到衍生的纳米级中空棒状金属磷酸盐。得到金属元素比例n（Ni）：n（Co）=8：1时具有最大的比电容值895.29 F·g^-1。     

秸秆基碳材料在Li2SO4电解液中的电化学性能

以生物质秸秆为碳源,利用水热结合KOH活化法制备了多孔碳材料,对其结构与形貌进行了表征。采用三电极体系,在不同浓度的Li₂SO₄电解液中,对多孔碳电极进行循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗测试。结果表明,在0.5 mol·L^-1的Li₂SO₄电解液中,秸秆基生物质碳材料呈现出较好的电化学性能。当电流密度为0.5 A·g^-1时,比电容可达224 F·g^-1;经1500次充放电测试后,比电容保持率高达94.1%,循环性能良好。     

三金属Mn-Ni-Co-O@Ni-Mn-S纳米针/纳米片核壳阵列用于超级电容器的研究

为满足超级电容器对于高性能电极材料的需求,本研究采用水热和电沉积结合的方法,在泡沫镍上合成了具有独特三维(3D)核壳结构的纳米针/纳米片核壳阵列(3D NDNSA)的过渡金属氧化物和硫化物复合赝电容电极材料Mn-Ni-Co-O@Ni-Mn-S(MNCO@NMS)。SEM和TEM分析结果表明,一维MNCO纳米针为核心和二维NMS纳米片为壳层,相互连接并交织形成分层的3D核壳纳米结构的MNCO@NMS。由于过渡金属氧化物和硫化物的协同作用和分层核壳结构带来的导电性和活性位点的增加,制得的3D MNCO@NMS表现出了优异的电化学性能。在3 mol·L^-1 KOH作为电解质的三电极电化学测试系统中,MNCO@NMS电极在电流密度1 A·g^-1下比电容为 2 574.2 F·g^-1;在电流密度 10 A·g^-1下循环5 000次后,表现出接近100%的库伦效率和83.4%的比电容保持率。此外,以制得的MNCO@NMS为正极,活性炭为负极组装的混合超级电容器器件(HSCs)在功率密度799 W·kg^-1下的能量密度为54.4 Wh·kg^-1,在 5 A·g^-1下进行4 000次循环后,库伦效率接近100%和保持初始比电容的81.7%。这些电化学特性表明,核壳MNCO@NMS可以成为超级电容器高性能电极的选择之一。     

Nitrogen-doped hierarchical porous carbon from polyaniline/silica self-aggregates for supercapacitor

In this paper, nitrogen-doped hierarchical porous carbon (N-HPC) was prepared from polyaniline (PANI)/silica self-aggregates. H-bonding between N-H groups in aniline/PANI and -OH groups in nano silica template led to a self-assembly type, which enabled the formation of uniform N-HPC nanoparticles. Silica self-aggregates provided macroporous channels resulted in a decreased diffusion distance. After removing the hard template, the N-HPC had a high surface area (899 m²·g^-1). Owing to two co-existed synergetic energy-storage mechanisms and the hierarchical porous structure, the obtained N-HPC exhibited a high specific capacitance of 218.75 F·g^-1 at 0.5 A·g^-1, compared with the nonporous nitrogen-doped carbon (N-C) derived from pure PANI. Moreover, the N-HPC electrode demonstrated excellent cycle life, retaining 99% of its initial specific capacitance after 1000 cycles.     

氰酸盐离子液体在石墨烯基超级电容器中的应用

将石墨烯电极与离子液体N-甲基-N-丙基吡咯烷氰酸盐（[C₃mpyr][OCN]）/碳酸丙烯酯（PC）混合电解液组装成超级电容器,采用循环伏安（CV）、交流阻抗（EIS）、恒电流充放电（GCD）等方法研究了其在50、60、70℃环境下的电化学性能。结果表明：该体系在较高温度下的电化学性能优异,70℃下其比容量最高可达295 F·g^-1,能量密度可达118 W·h·kg^-1,且恒电流充放电循环稳定性较好。