用于超级电容器的硫化钴/石墨烯气凝胶复合材料的研究

采用一步水热法,在乙二胺的辅助下,制备了硫化钴/石墨烯气凝胶(CoS/GA)复合材料。通过X射线衍射法(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学性能测试对材料进行了表征和测试。结果表明:制备的材料晶型规整,30～100 nm的CoS粒子均匀地分布在石墨烯气凝胶上。用作超级电容器时,在电流密度0.5 A/g时,CoS/GA复合材料比电容值达574 F/g,是纯CoS的1.4倍;充放电循环1 000次后,比电容保持率为94.4%。硫化钴/石墨烯复合材料的电化学性能较好,具有较大的比电容和较好的循环稳定性,是一种可用于超级电容器的较有潜力的电极材料。     

石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的研究进展

非对称超级电容器(ASCs)因电化学性能更为优异而成为近几年来的研究热点,石墨烯作为一种新颖的二维碳材料,具有比表面积大、导电性高、力学性能好和化学稳定性优异等优点,是非对称超级电容器复合电极的一类理想载体材料。本文综述了近几年来石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的应用状况,认为比表面积更大、导电性更好的石墨烯将会促进石墨烯基复合电极在超级电容器中的应用与发展,也会提高石墨烯基非对称超级电容器的性能。指出将金属氧化物、导电聚合物、金属氢氧化物以及金属硫化物纳米化,使之兼具大的有效面积、丰富的氧化还原活性位点等特点,从而提高复合材料的比电容,是石墨烯基复合电极的研究重点。     

电纺聚丙烯腈基碳纳米纤维在超级电容器中的应用

静电纺丝法制备聚丙烯腈（PAN）基纳米纤维具有较大的比表面积、较高的机械强度、优异的纳米结构及良好的化学稳定性。以PAN纳米纤维为基础,进行多方位设计与合成的电极材料在超级电容器中表现出优异的电化学性能,具有广阔的应用前景。本文根据电极材料分类,主要综述了近年来PAN基多孔结构电极材料、杂原子掺杂电极材料以及与碳系材料、导电聚合物、金属氧化物复合等电极材料的研究进展;讨论了电极材料的结构特征、制备方法及其提高电化学性能的原理;最后指出了上述研究中存在的问题,并对未来PAN基电极材料在超级电容器的发展前景进行了展望。     

表面积对煤基电容炭电化学性能的影响

以河北无烟煤为原料,KOH为活化剂,采用化学活化法制备具有高比表面积的煤基电容炭,考察煤基电容炭的比表面积对无机/有机体系下双电层电容器电化学性能的影响。结果表明:随着碱煤比的增加,所制电容炭的比表面积、总孔容和中孔率增加。当碱煤比达到3.5时,所制电容炭的比表面积、总孔容和中孔率分别为3 389 m2/g、2.041 cm3/g、49.9%。可以看出,对于无机/有机体系,在相同的比表面积变化规律下,电容器电化学性能的变化规律略有不同。当碱煤比小于2时,所制电容炭的比表面积小于2 400 m2/g,此时对于无机/有机体系,电容器的比电容变化规律相同,比电容都随比表面积的增大增幅明显。当碱煤比大于2时,所制电容炭的比表面积大于2 400 m2/g,此时随着比表面积的继续增大,对无机体系,电极材料的比电容几乎维持不变,比电容最高可达331 F/g;对有机体系,电极材料的比电容增幅减缓,比电容最高可达192 F/g。当碱煤比为2时,电容炭的比表面积为2 382 m2/g,此时无论对于无机体系还是有机体系,电容器在保持相对较高比电容的同时具有相对较高的电容保持率。由此可知,一定程度上,提高电极材料的比表面积有利于提升超级电容器的电化学性能。制备具有适宜比表面积的电容炭,在得到较高电容性能电容器的同时更能有效控制成本。同时,以煤为原料制备电容炭,可提升煤的附加值,具有很好的市场前景。     

石墨烯制备电容器电极材料方面的研究进展

超级电容器性能很大程度上取决于电极材料。石墨烯复合材料因其较高的比表面积,良好的导电性能和较强的稳定性,是超级电容器电极领域的研究热点。本文综述了石墨烯的研究历程、石墨烯的制备方法、多种石墨烯复合材料的制备和性能,并对石墨烯在电容器电极材料方面的发展趋势进行了展望。     

石油用石墨烯复合材料的制备与性能研究

以聚丙烯腈(PAN)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为前驱体,并加入煤基氧化石墨烯(CGO),采用静电纺丝技术与热处理相结合的方法制备了石油用煤基石墨烯负载多孔炭纳米纤维复合材料(CG/PCNF),对比分析了复合材料的显微形貌和电化学性能。结果表明,CNF试样在制备过程中已经完成了氮吸附且主要为微孔结构,而PCNF试样和CG/PCNF试样分别为微孔和介孔并存结构;CNF、PCNF和CG/PCNF试样的比表面积从低至高的顺序为CNFPCNF 800CG/PCNF,平均孔径从低至高顺序为CG/PCNFPCNF 800CNF,总孔容和介孔孔容从低至高顺序为CNFCG/PCNFPCNF 800;CNF、PCNF800和CG/PCNF试样都具有优良的电容行为,经过5000次循环充放电后,3组试样的比电容值都在92%以上,且CG/PCNF试样具有最大的比电容值,约为95.46%,CG的加入可以有效提升复合材料的循环稳定性。     

基于三维石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法及在超级电容器中的研究进展

三维石墨烯具有丰富的孔洞结构、大的比表面积、高的导电率、快的充电速率和长的循环寿命等优异性质,将其与聚苯胺复合制备三维石墨烯/聚苯胺复合材料可以充分发挥石墨烯和聚苯胺的优势性能,制得电化学性能优异的复合材料。该复合材料在超级电容器电极材料领域得到了广泛的关注。综述了三维石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法及其电化学性能,并针对复合材料研究中存在的问题、未来的研究方向进行了展望。     

不同锌源制备ZnO-CNF复合材料及其电容去离子性能分析

选用ZnCl_2、ZnAc_2为锌源,通过静电纺丝技术制备ZnCl_2/聚丙烯腈基、ZnAc_2/聚丙烯腈基复合纳米纤维,在经过预氧化、碳化及水洗处理后,得到2种ZnO负载的碳纳米纤维(ZnO-CNF)复合材料,并利用各种仪器研究了其结构和电化学性能。结果表明,在等量锌源下,添加ZnAc_2所得到的碳纳米纤维ZnO-CNF(ZnAc_2)的结构完整、机械性能良好,且具有更高的Zn保留量和石墨化程度。对应材料组装电容器进行电化学和电容脱盐测试,ZnO-CNF电极的比电容远比CNF电极的比电容高。其中,ZnO-CNF(ZnAc_2)电极的最大电容脱盐量达到11.24mg/g,高于ZnO-CNF(ZnCl_2)电极(8.35mg/g)和CNF电极(2.01mg/g)。证明高含量的ZnO会产生高的电容脱盐量。     

新型煤基微晶炭的制备及电容特性研究

超级电容器具有广泛的应用领域,但由于传统活性炭在能量密度和导电性方面不能充分满足社会对超级电容器的需求,严重限制了其在大型储能装置中的应用。因此,研发具有更高储能性能的材料具有重要意义。本文以资源丰富的太西无烟煤为前驱体,采用预炭化-KOH活化联合工艺制备新型煤基微晶炭,并将其用作超级电容器电极材料。利用X射线衍射(XRD)、低温N_2吸附等手段表征煤基微晶炭的微晶结构及孔结构参数,并利用恒流充放电,循环伏安,交流阻抗等探究对应电极材料的电化学性能。结果表明,煤基微晶炭含有大量较为完整的类石墨微晶结构,且随着碱炭比用量的增加,类石墨微晶结构被逐步破坏,其层间距d_(002)由0.391 5 nm逐渐增至0.405 9 nm。在碱炭比4∶1、活化温度800℃、活化时间为2 h的条件下,可制备出比表面积为928 m~2/g、总孔容为0.527cm~3/g、中孔率为26.46%的微晶炭。将该煤基微晶炭用作电极材料在以1 mol/L(C_2H_5)_4NBF_4/PC为电解液的超级电容器中,表现出优异的电化学性能:50 m A/g的电流密度下比电容为94.8 F/g,能量密度可达40.3 Wh/kg,在500 m A/g电流密度下1 000次循环后比电容保持率为87.3%,具有良好的循环稳定性,并且在阻抗曲线中体现出更小的离子扩散阻力和内部阻抗。首次充电过程中充电曲线发生折转,发生了"电活化"现象。这时,微晶炭片层周围的电解液离子和溶剂分子进行插层作用,利用片层空间充分储存电子以提高能量密度。煤基微晶炭的电容特性主要由插层电容和双电层电容2部分组成,其中"电活化"现象所造成的插层电容是决定微晶炭较高能量密度的主要原因。新型煤基微晶炭优异的电化学性能与其微晶结构和丰富的孔隙结构密切相关。     

脉冲电沉积一步合成石墨烯/PANI复合材料及其超电容性能

采用脉冲电沉积一步合成得到石墨烯/聚苯胺(PANI)复合材料,通过SEM和XRD对材料的形貌和结构进行了表征,复合材料中聚苯胺为翠绿亚胺态,呈纤维状形貌。将所得石墨烯/PANI复合材料用作超级电容器电极进行电化学性能测试,比纯聚苯胺表现出更优异的超电容性能。电流密度为0.5A·g~(-1)时,石墨烯/PANI的比容量可达703F·g~(-1),且具有良好的倍率性能。     

介孔碳/石墨烯复合材料的制备及在超级电容器中的应用

以棕榈树须作为天然碳源和模板,利用化学气相沉积法制备出介孔碳/石墨烯复合材料,研究了复合材料的超级电容器性能。通过扫描电子显微镜、Raman光谱、比表面及孔径分析等对材料的形貌、结构、比表面积和孔径分布进行表征。采用循环伏安和恒电流充放电方法研究了超级电容器在1 mol/L H_2SO_4电解质溶液中的电化学性能。在三电极体系和1 A/g条件下,材料电容达到144 F/g。在二电极体系下,材料电容达到138 F/g,比三电极略有降低。同时,倍率性能优异,20 A/g条件下电容为78 F/g,与三电极体系接近。     

梧桐絮制备多孔纤维碳材料及其在超级电容器中的应用

以法国梧桐絮为原料、KOH为活化剂,通过碳化制备多孔纤维碳材料,并在此基础上组装了超级电容器器件。通过SEM、EDS、XRD、Raman、FTIR、BET等对制备的多孔纤维碳材料进行表征,并研究了多孔纤维碳材料电极的电化学性能。结果表明:在扫描速率为50 mV·s~(-1)时,800℃下碳化制备的梧桐絮多孔纤维碳材料电极的比电容可以达到236 F·g~(-1);所组装电极在循环10 000次后,比电容仍维持原来的99.8%,表明梧桐絮多孔纤维碳材料在超级电容器领域有巨大的应用潜力。     

真空浸渍法制备生物质炭/石墨烯复合电极及其充放电性能研究

生物质炭具有天然的分级多孔结构,是双电层电容器优良的电极材料,但是其电导率低限制了其应用。将具有良好导电性能的石墨烯与生物质炭做成复合材料,可提高超级电容器的性能。采用真空浸渍法将石墨烯负载到生物质炭的表面和孔隙中。石墨烯不仅提高了生物质炭的电导率,而且增加了比表面积。生物质炭/石墨烯复合电极在电流密度为0. 5 A/g时,比电容大小为159. 74 F/g,比未负载石墨烯的纯生物质炭电极提高了4倍多。充放电循环5 000次,性能无衰减,呈现出良好的稳定性。     

Ni(OH)2/活性炭复合材料在超级电容器中的应用

用化学沉淀法在活性炭(AC)表面和微孔内掺杂不同量的氢氧化镍,制备了氢氧化镍-活性炭[Ni(OH)2-AC]复合材料. 用X射线衍射(XRD)和氮气吸附等温线等对活性炭和复合材料进行表征,结果表明,所制材料为b-Ni(OH)2-AC复合材料. 对不同掺杂量的b-Ni(OH)2-AC复合材料的电化学性能进行了研究,循环伏安、恒流充放电实验表明,少量氢氧化镍掺入活性炭表面和微孔中,所得材料的比电容较活性炭有所提高,并具有良好的充放电性能;当氢氧化镍的掺入量为6%(w)时,所制备的超级电容器单电极表现出优良的电化学性能. 以活性炭电极作负极,复合材料作正极制成复合型超级电容器,循环性能测试发现,掺入6%(w)氢氧化镍的复合材料制成的Ni(OH)2-AC/AC复合型超级电容器比电容高达330.7 F/g,比活性炭(AC/AC)超级电容器比电容(245.6 F/g)提高了34.6%,且Ni(OH)2-AC/AC复合型超级电容器具有更好的循环充放电性能.     

Ni(OH)_2/石墨烯/Co(OH)_2电极材料制备及其电容性能研究

将具有法拉第赝电容但导电性较差的材料与具有良好导电性的石墨烯结合是提高超级电容器电极材料电容性能的合理策略。以水热法制备的Ni(OH)_2/石墨烯复合材料与生长有Co(OH)_2的泡沫镍制得修饰电极。用循环伏安法(CV)、恒电流充放电(CP)和电化学阻抗(EIS)测试了其在6 mol/L KOH溶液中的电容行为。实验表明,片状六边形Ni(OH)_2插入薄膜状石墨烯片层间,Ni(OH)_2/石墨烯/Co(OH)_2电极材料有良好的电容性能,在电流密度为1 A/g时比电容量达到了294 F/g,能量密度为36.75 Wh/kg。充放电循环1 000圈后比电容值仍是初始电容的92.7%。     

氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭复合材料制备及其电化学性能

碳基复合材料被认为是超级电容器广泛应用最有前景的电极材料之一。本文使用氧化石墨烯（GO）、硝酸钴［Co(NO₃)₂］、三聚氰胺为原料,利用钴对高温下热解碳源的催化作用,制备得到了氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭（NC）复合材料,并测试了其电化学性能。探究了金属和三聚氰胺添加量对碳基复合材料结构和性能的影响,研究发现,在添加量分别为0.02mmol和0.3g时,制得的样品具有大比表面积（380.5m²/g）和高掺氮质量分数（6.29%）,并在三电极系统中体现出优异的电化学性能,电流密度为0.5A/g时样品的比电容为137.1F/g,5A/g时比电容为113.5F/g,保持率为88.5%,具有优异的倍率性能,在循环5000圈后样品的容量保持率为104%,具有良好的循环稳定性,这归因于三维结构可以加快充放电过程中的离子转移和氮掺杂可提高材料润湿性和贡献部分赝电容,为超级电容器电极材料的制备提供了理论借鉴。     

MOF衍生的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料的制备与电化学性能研究

为提升超级电容器电极材料的电化学性能,在泡沫镍(NF)上以MOF为模板制备出NiCoP/C导电骨架,后将超薄NiMn-LDH纳米片沉积其上,制备得到核壳结构的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料。电化学测试结果表明,MOF模板的高比表面积、独特的核壳结构和NiCoP/C与NiMn-LDH之间的协同作用有利于电极材料性能的提升。制备得到的NiCoP/C@NiMn-LDH电极在1 A·g^-1下比电容可达2 278.0 F·g^-1;循环2 000圈后电容保留率为93.7%。     

超临界CO_2辅助制备Fe_2O_3/石墨烯纳米复合材料及其在超级电容器方面的应用

采用超临界CO_2流体辅助分散技术,合成制备了Fe_2O_3/石墨烯复合材料,通过透射电子显微镜(TEM)表征结果可以看出,Fe_2O_3纳米粒子均匀的负载于石墨烯片层之上,利用其与石墨烯的协同效应,改善各自的固有缺点,增强材料的性能。X-射线能谱(XPS)和X-射线衍射(XRD)结果表明Fe_2O_3和石墨烯之间复合较为完好,且石墨烯结构较为完整,能够大大提升复合材料的导电性。将制得的增强Fe_2O_3/石墨烯复合材料用于超级电容器电极材料,通过循环伏安(CV),恒电流充放电(GCD)和交流阻抗(EIS)测试可知,电容器表现出了优异的赝电容性能,在电流密度为1 A/g时,其比电容量可以达到596 F/g,显示了优异的电化学储能性能。     

石墨烯在超级电容器电极材料中的应用

石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物理性质,如高电导率、高比表面积等,是目前最具潜力的超级电容器的电极材料之一。本文综述了石墨烯作为超级电容器电极材料的研究进展,包括石墨烯的改性与结构设计、石墨烯与赝电容电极材料复合(如金属氧化物和导电聚合物)、石墨烯与其他炭材料复合等。并对石墨烯应用到超级电容器电极材料中存在的问题展开了讨论。     

微孔炭/聚苯胺纳米线复合材料的制备及其电化学电容性能

纳米线型导电聚合物是一种具有良好应用前景的超级电容器电极材料,该文用简易的原位化学氧化法制备了微孔炭/聚苯胺纳米线(MC/PANI)复合材料,并以此复合材料为活性物质制备工作电极,在1 mol/L H2SO4中,通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电技术考察了其电化学电容性能,结果表明,在0.2 A/g的电流密度下,MC/PANI电极首次充放电比电容可达到329 F/g,高于PANI电极的259 F/g,且MC/PANI电极电荷传递电阻(Rct)小于MC和PANI,可见纳米线型PANI可加强电极材料的电化学性能。