球形富氮炭材料的制备及其电化学性能

以吡咯为单体、FeCl3为氧化剂,通过低温水热法制备出球形聚吡咯(PPy),然后将PPy在N2保护下直接炭化获得球形富氮炭材料(SC).借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、元素分析及N2吸附-脱附对产物进行了表征.电化学测试结果显示,SC电极在6.0mol/L KOH的电解液中、-0.9～0.1V的电势范围内具有良好的电容行为,比电容高达235F/g.     

超级电容器氧化物电极材料的研究进展

对不同电极材料的储能机理和性能特点进行了简要的阐述,并详细综述了氧化钌、氧化镍、氧化钴等超级电容器电极材料的研究进展和现状,并探讨了其发展方向和研究重点.     

硝酸铜改性超级电容器用煤基活性炭电极材料的电化学性能

以印尼褐煤为原料、KOH活化法制备的煤基活性炭,采用硝酸铜溶液浸渍-高温热解法对其进行改性处理,低温N 2 吸附法对改性前后活性炭的孔结构进行表征,SEM和XRD对改性前后活性炭的表面形态和微晶结构进行表征,并测定KOH对活性炭的润湿性及活性炭电极的恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学性能。结果表明：硝酸铜改性可能使部分孔隙（尤其是微孔堵塞）的比表面积和孔容积降低,但中孔率有所提高;硝酸铜改性可以提高KOH溶液对活性炭的润湿性,在活性炭表面负载氧化铜,提高活性炭对电解液的吸附能力,并产生赝电容效应,提高活性炭的电化学性能。在试验条件下改性硝酸铜溶液的最佳浓度为2%,其电容器的质量比电容可达322 F/g,并使交流阻抗等电化学性能得到改善。     

ZIF-8衍生柔性多孔炭材料的制备及其电容性能研究

随着柔性可穿戴电子器件的迅速发展,柔性储能电极材料引起众多学者们的广泛关注。金属有机框架结构（MOFs）衍生物具有优异的储能性能,但其本征无柔性的物理特性亟需解决。采用静电纺丝技术将ZIF-8结构单元嵌入纤维结构中,获得高电容性能柔性多孔炭纤维。同时,探究了ZIF-8的嵌入量（CF-ZIF-8-1.2）对柔性多孔炭纤维结构及电容性能的影响。实验结果表明：柔性多孔炭纤维CF-ZIF-8-1.2的比电容可以达到425.5 F?g^-1（电流密度为1 A?g^-1）,并呈现出较小的电荷转移电阻（R_s=0.06 Ω）和接触电阻（R_ct=2.31 Ω）,这主要归因于CF-ZIF-8-1.2具有较大的比表面积（212.83 m²?g^-1）、相对丰富的孔隙结构和丰富的N和O原子共掺杂。随后,进一步将其组装成对称柔性超级电容器（CF-ZIF-8-1.2//CF-ZIF-8-1.2）,其能量密度高达7.6 Wh?kg^-1（功率密度为250 W?kg^-1）,在不同弯曲角度和扭曲下呈现出优异的电容保持率（97%以上）,说明柔性多孔炭纤维电极材料具有优异的柔性和稳定性。因此,CF-ZIF-8-1.2柔性多孔炭纤维材料具有潜在应用前景。     

煤基活性炭电极材料的制备及电化学性能

以太西无烟煤为原料、KOH为活化剂制备高比表面积的活性炭.采用N₂吸附法对活性炭的比表面积、孔容和孔径分布进行了表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学特性.在碱炭比为4∶1,800 ℃条件下活化1 h制备的活性炭比表面积达3 059 m²/g,总孔容为1.66 cm³/g,中孔率63%.该活性炭在3 mol/L KOH电解液中的比电容为322 F/g,大电流密度下充放电时的比电容保持率高,漏电流仅有0.06 mA,是理想的超级电容器电极材料.     

中低温活化条件下超级电容器用活性炭的制备与表征

以印尼褐煤为原料,KOH为活化剂,在400～580 ℃的中低温活化条件下制备出超级电容器用煤基活性炭,采用低温N2吸附、X射线衍射（XRD）及扫描电子显微镜（SEM）对其孔结构、微晶结构以及表面形貌等进行表征,并评价了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明:在KOH活化制备煤基活性炭的活化过程中,KOH与煤中C的反应始于400～460 ℃;随着活化温度的升高,活性炭的比表面积及总孔容增大,孔径分布变宽,中孔率提高。当活化温度达到580 ℃时,所制活性炭的比表面积高达1 598 m2/g,总孔容达0.828 cm3/g,中孔率达41.4%,该活性炭用作电极材料在3 mol/L KOH电解液中具有良好的充放电性能,在50 mA/g的低电流密度下比电容高达369 F/g,在2 500 mA/g的高电流密度下比电容仍保持305 F/g,其漏电流仅为0.02 mA,且具有良好的循环性能,经1 000次循环后,比电容保持率超过92%,是一种理想的超级电容器电极材料。     

生物质花瓣衍生的氮掺杂多孔碳材料制备及性能研究

多孔碳材料因具有大的比表面积、可控的孔径分布及优良的电导率,被认为是超级电容器的一种理想材料。基于熔盐策略,一步将生物质（花瓣）与尿素分子制备成氮掺杂多孔碳材料。结果表明：所合成的多孔碳具有丰富的微孔及中孔,比表面积高达633.6 m²?g^-1;氮元素均匀地掺杂在多孔碳中,增加了多孔碳表面的活性位点、表面极性、电导率等,同时提升了多孔碳的比电容和离子传输能力,显著降低了电阻,在1 A?g^-1的电流密度下氮掺杂多孔碳的比电容为204.4 F?g^-1,而未掺杂的多孔碳的比电容仅为149.9 F?g^-1。为氮掺杂多孔碳材料的制备提供了一种绿色、高效的合成策略,可用于超级电容器领域中。     

石墨烯对磷酸铁锂基正极材料锂离子电容器电化学性能的影响

以磷酸铁锂为正极活性材料, 采用直接混合法, 研究了添加质量分数为0.5%、1%和1.5%的石墨烯对锂离子电容器电化学性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分别对材料形貌、结构等进行了分析, 并比较了掺杂不同石墨烯的电极材料恒流充放电性能和循环性能。结果表明, 石墨烯是一种三维自支撑片状结构, 粉末材料是独立形成的, 并且不易团聚, 纳米磷酸铁锂颗粒分散均匀, 颗粒呈类球型状; 掺杂不同量的石墨烯对磷酸铁锂本身结构几乎没有影响; 掺杂1.5%石墨烯电极性能最好, 高倍率5C时, 放电比容量96 mAh/g, 容量保持率77%, 当恢复到0.1C时, 放电比容量是初始容量的95%, 循环500圈后容量保持率达92%, 阻抗最小,为0.3661 Ω。     

生物质基分级多孔碳材料的制备及新能源领域应用研究进展

分级多孔碳材料（HPCs）具有不同尺寸的孔道结构,其中微孔提供大的比表面积和丰富的活性位点,而介孔和大孔为粒子传输提供所需的快速通道,在新能源领域中展现出卓越的应用潜力。目前,已开发的分级多孔碳材料种类很多,但是许多材料存在合成步骤繁琐、工艺复杂和原料或前体要求高等问题。因此,从科学和经济的角度来看,选取合适的碳源和简便绿色的制备方法对功能化多孔碳材料的合成尤为关键。生物质作为一种来源广泛、含碳丰富且可再生的资源,成为了制备分级多孔碳材料的理想前体。介绍了分级多孔碳材料的结构特征,综述了生物质基多孔碳材料的制备方法和原料种类。根据生物质原料自身具有的多样性,可设计多样化的孔结构,通过物理活化和化学活化提升多孔碳材料的比表面积和孔体积,并采用N₂物理吸附仪、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及拉曼光谱仪（Raman）对材料结构进行表征。此外,综述了生物质基分级孔碳材料在超级电容器、锂离子电池等新能源领域中的应用前景,简述了多孔碳材料孔结构和比表面积在储氢及释氢中的影响,表明孔结构发达、比表面积更高的碳材料在实际应用中表现出更优异的性能。最后,展望了未来的研究方向,为后续高性能生物质基分级多孔碳的研究提供了指导。     

泡沫镍负载的NiCo_2O_4电极材料的超级电容性能北大核心CSCD

采用水热法在泡沫镍基底上直接生长NiCo_2O_4电极材料,分别用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试等手段研究了材料的结构和电化学性能。结果表明,NiCo_2O_4材料粒径尺寸均一,分散性好,该电极材料在1 A/g电流密度下放电比容量高达1 227 F/g,当充放电电流密度增大到10 A/g时,比电容为836.4 F/g,容量保持率为68%。在6 A/g的大电流密度下充放电循环1 000次后,仍有较为良好的容量保持率。NiCo_2O_4作为超级电容器电极材料展现出良好的容量属性和倍率性能。     

二维碳化钛/多孔碳纤维的制备及性能研究

以聚丙烯腈(PAN)为碳源,聚苯乙烯微球为造孔剂,采用静电纺丝法合成二维碳化钛/PAN复合纤维(MXene/PANFibers),通过焙烧处理后得到二维碳化钛/多孔碳纤维(Ti_(3)C_(2)T_(x)/PCNF)复合材料。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、比表面分析仪及电化学工作站等对其进行微观结构表征和电化学性能测试。结果表明:Ti_(3)C_(2)T_(x)/PCNF复合材料的比表面积为294 m^(2)·g^(-1),孔径分布集中在50~100 nm之间,少层Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米薄片锚定在碳纤维中;Ti_(3)C_(2)T_(x)/PCNF作为电极材料具有优异的电化学性能,在1 A·g^(-1)的电流密度下比容量为292 F·g^(-1),当电流密度升至10 A·g^(-1)时其比容量仍高达169 F·g^(-1),这主要得益于复合多孔碳纤维具有优良的电化学阻抗特性。因此,二维碳化钛/多孔碳纤维(Ti_(3)C_(2)T_(x)/PCNF)复合材料在过滤、吸波以及催化等方面具有极大的发展潜力。     

盐+碱协同对多孔碳电极材料电化学性能的影响

超级电容器作为一类新兴的能量存储转换器件,因其充放电速度快、寿命长和安全环保的特点而受到推崇。其中,用于超级电容器的电极材料一直是人们的研究重点,综合原料来源、价格和制备工艺等因素,多孔碳电极材料成为首选。盐模板法和KOH化学活化法都是制备多孔碳电极常用的方法,前者产物的孔结构以介孔为主,但操作复杂;后者活化产物比表面积大,可以精确控制多孔碳电极的孔径分布和孔体积,但该法活化后的多孔碳多以微孔为主。若将两者结合,形成优势互补,协同构建合理的碳材料结构,有助于提升多孔碳电极的电化学性能。以锂电负极行业的固废——针状焦的生焦粉为原料,利用模板和化学活化相结合的方法制备电极材料,探索盐（KCl）和碱（KOH）的添加比例对碳电极材料电化学性能的影响。研究结果表明,两种方法相结合制备得到的多孔碳样品的碳结构以表面缺陷较多的无定型碳为主。随着KOH加入量的增加,无定型结构的碳增加,但是加入过量的KOH并不能提高无定型碳的含量。三电极测试分析发现,样品PC-2表现出优异的电容性能,在1 A·g^-1的电流密度下,质量比电容达到266.9 A·g^-1;在10 A·g^-1的高电流密度下,容量保持率高达79.4%。该电极材料的内阻仅为0.67 Ω,并且双电层电容性能有极短的响应时间。当m(生焦粉)∶m(KCl)∶m(KOH)=1∶3∶2时,KCl和KOH的协同活化效果达到了最佳,显著提高了碳电极材料电荷的传输能力,且能有效地缩短电解质离子在材料内部的扩散路径,表现出较快的充放电速度。     

多孔石墨烯纳米片阵列的制备与储钾性能研究

石墨烯钾离子电池（PIBs）具有原料储量丰富及与锂离子电池接近的标准电位的优势,在储能领域受到广泛关注。快速储能特性对于钾离子电池的应用具有重要意义。石墨烯具有良好的导电性及较短的离子电子扩散路径,是钾离子电池负极材料的理想选材之一。与离子插层相比,石墨烯基于吸脱附机制的储能更有利于快速充放电,且具有较长的电极寿命。不同于石墨烯的结构调控、掺杂及无序化等改性方法,制备多孔石墨烯有利于增加更多的缺陷活性位点及更大的比表面积,进而提升其基于吸脱附机制的快速储能性能。首先将少层石墨烯纳米片阵列（GNS）负载超细ZnO纳米颗粒,然后采用碳热还原法制备出多孔石墨烯纳米片阵列的电极（P-GNS）,并将其用于钾离子电池。结果表明,P-GNS可有效地提升钾离子电池的倍率性能,在较大电流密度（3 A·g^-1）下的容量达到181.6 mAh·g^-1,在电流密度1 A·g^-1下经1 000次循环后的容量保持率仍有80.6%,表现出优异的循环性能。全电池在1 A·g^-1电流密度下也表现出较好的大倍率性能,循环50次后的容量仍有87.4 mAh·g^-1。储能机理研究表明,石墨烯电极造孔可使基于吸脱附电容性储能的活性位点明显增多,进而有效地提升了电池大倍率充放电性能。另外,基于脱吸附的储钾过程不会破坏材料,有利于石墨烯维持结构的稳定,进而大幅提升了电池的循环寿命。本研究为构建石墨烯基快速储能材料,以及发展大倍率长寿命钾离子电池提供了参考。     

Fe-Al-Si金属间化合物多孔材料的制备及抗氧化性能研究

采用Fe、Al元素粉末通过反应合成多孔FeAl金属间化合物,但在特定的加热速率下为了防止Fe与Al间的自蔓延反应带来的不利影响,采用添加不同比列的Si来实现其控制,并研究了添加Si前后的孔隙率、不同烧结温度下的物相组成以及抗氧化性能。结果发现：FeAl金属间化合物多孔材料最高孔隙率为60.31%,并且添加Si对孔隙率影响不大;另外通过高温烧结可获得成分均匀单一的FeAl;通过热分析发现添加Si对Fe、Al间的自蔓延反应有抑制作用,并且添加Si后的多孔材料抗氧化性能均优于未添加的,在烧结温度为1000℃,添加4%Si时,FeAl多孔材料抗氧化性能最优。     

球形氢氧化镍的电化学特性及其湿法制备技术研究进展

综述了镍电极活性物质的结构及其充放电过程和机理等方面的理论研究现状, 介绍了湿法制备技术的发展概貌, 阐述了制备方法与氢氧化镍的结构及性能之间的有机联系。同时也对为进一步提高β 球形氢氧化镍的质量和电化学性能所需要解决的理论和实践问题提出了看法。     

锂离子电池MoO_2负极材料的水热法合成及其电化学性能

以四水合钼酸铵(AHM)、乙二醇(EG)为原料,采用水热法合成MoO2材料,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试研究材料的结构和电化学性能。结果表明,水热法合成的MoO2粒径为20~30 nm,材料表现出良好的电化学性能。首次放电比容量为664.3 m A·h/g,充放电效率较高,首次充放电的库伦效率高达94%,在20个充放电循环过后,仍有较高的容量保持率,MoO2作为锂离子电池负极材料展现出良好的容量存储和循环性能。     

三种组分富锂锰基正极材料的物性和电化学性能研究

从成分、粒度、比表面积和结构形貌、离子价态、电池电化学性能、CV曲线和电化学阻抗等方面对3种不同组分的富锂锰基正极材料进行分析, 探讨富锂材料的本质特征, 深入分析富锂材料充放电过程反应机理。研究结果表明, 3种富锂材料中, Li_1.18Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂样品的电化学性能最优, 在0.05C和2～4.8 V电压范围内, 初始放电比容量高达261 mAh/g。试验结果对富锂材料的选择有一定指导意义。     

纳米碳管及其复合材料的机械性能

综述纳米碳管机械性能的理论研究和纳米碳管的拉伸、压缩、弯曲、扭转和断裂过程的计算机模拟成果 ,介绍纳米碳管在金属基复合材料中应用的研究进展并分析应用中存在的问题。