自支撑TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)阵列生长在柔性Ti箔上用于高性能非对称超级电容器(英文)

近年来,随着可穿戴电子产品的出现,具有可穿戴功能的高电化学性能的储能设备也备受关注。超级电容器具有循环寿命长、充放电速度快、功率密度高等优点,被认为是一种很有前途的储能设备。双金属化合物作为超级电容器的电极材料具有理论比电容较高,成本较低,环境相对友好,耐碱腐蚀等优势而受到了研究人员的关注和研究。例如典型的双金属硫化物硫钴镍便具有以上优点,但仍面临着以下几个问题：(1) 硫钴镍导电性差;(2) 硫钴镍在充放电过程中存在严重的体积膨胀。目前,很多研究方案中将导电活性物质直接生长在集流体上形成自支撑结构,这种结构形式既简化超级电容器电极制作流程又提高电化学性能。本工作以Ti片为基底,采用分步水热法先在Ti片表面生长TiO_(2)纳米带阵列,然后在其基础上包覆生长NiCo_(2)S_(4)纳米片,得到NiCo_(2)S_(4)纳米片包覆TiO_(2)纳米带的核/壳阵列结构。三电极测试结果表明,1 A·g~(-1)时TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)电极的比电容达到1 300 F·g~(-1)。此外,对组装的TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//煤基多孔碳(CPC)不对称超级电容器(ASC)的电化学性能进行测试,结果表明：TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//CPC具有较高的能量密度和功率密度(在400 W·kg~(-1)时为41.6 Wh·kg~(-1))。这种交织的三维(3D)帧结构和柔性衬底的设计开辟了在能量存储领域获得高性能柔性衬底电极材料的新机会。     

自支撑TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)阵列生长在柔性Ti箔上用于高性能非对称超级电容器(英文)

近年来,随着可穿戴电子产品的出现,具有可穿戴功能的高电化学性能的储能设备也备受关注。超级电容器具有循环寿命长、充放电速度快、功率密度高等优点,被认为是一种很有前途的储能设备。双金属化合物作为超级电容器的电极材料具有理论比电容较高,成本较低,环境相对友好,耐碱腐蚀等优势而受到了研究人员的关注和研究。例如典型的双金属硫化物硫钴镍便具有以上优点,但仍面临着以下几个问题：(1) 硫钴镍导电性差;(2) 硫钴镍在充放电过程中存在严重的体积膨胀。目前,很多研究方案中将导电活性物质直接生长在集流体上形成自支撑结构,这种结构形式既简化超级电容器电极制作流程又提高电化学性能。本工作以Ti片为基底,采用分步水热法先在Ti片表面生长TiO_(2)纳米带阵列,然后在其基础上包覆生长NiCo_(2)S_(4)纳米片,得到NiCo_(2)S_(4)纳米片包覆TiO_(2)纳米带的核/壳阵列结构。三电极测试结果表明,1 A·g~(-1)时TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)电极的比电容达到1 300 F·g~(-1)。此外,对组装的TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//煤基多孔碳(CPC)不对称超级电容器(ASC)的电化学性能进行测试,结果表明：TiO_(2)@NiCo_(2)S_(4)//CPC具有较高的能量密度和功率密度(在400 W·kg~(-1)时为41.6 Wh·kg~(-1))。这种交织的三维(3D)帧结构和柔性衬底的设计开辟了在能量存储领域获得高性能柔性衬底电极材料的新机会。     

高效温和制备纳米片状β-Co(OH)2用于超级电容器电极

以水合氯化钴为原料,氢氧化钠和水合肼为碱性沉淀剂,在不添加任何分散剂的情况下采用化学沉淀法制备出呈六边形的片状β-Co(OH)_2。采用X射线衍射和透射电子显微镜表征所制样品的结构和形貌,采用循环伏安和恒电流充放电等测试方法对其电化学性能进行初步研究。结果表明,六边形片状β-Co(OH)_2边长为100~200nm,厚度为几十纳米,且随氯化钴溶液浓度的降低,单晶片的厚度逐渐减小。其表现出一定的电化学性能,电流密度为1A/g时,比电容可达到83.3F/g,且性能稳定。     

具有高容量和优异倍率性能的柔性超级电容器

正随着便携、可穿戴电子设备的发展,柔性的超级电容器得到越来越广泛的关注和研究,以适应不同应用领域的储能需求。在柔性超级电容器中,具有高容量、高充放电倍率性能的柔性电极材料的设计和制备至关重要。石墨烯和导电聚苯胺分别具有双电层电容和赝电容的储能特性,是两类最具代表性的超级电容器电极材料。通过在纳米     

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.     

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...     

TiO2/CuInS2复合纳米棒阵列的制备及其光电性能

采用两步溶剂热法在氧化氟锡(FTO)导电玻璃基底上制备了CuInS2敏化TiO2纳米棒阵列复合薄膜光阳极.利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了复合阵列薄膜的晶体结构和表面形貌,同时采用紫外可见吸收分光光度计(UV-Vis)及光电流电压(I-V)曲线研究了CuInS2敏化TiO2纳米阵列薄膜的光学及光电化学性质.研究结果表明,TiO2纳米棒阵列薄膜被CuInS2敏化后在可见光区的吸收有明显的增强.在模拟太阳光照射下(100 mW/cm2),利用这种复合薄膜作为光阳极组装的量子点敏化太阳能电池的开路电压为0.29 V,短路电流密度为0.15 mA/cm2,具有一定的光电转换能力.     

负载高性能MnO2@Ni(OH)2核/壳纳米线阵列碳布电极的非对称超级电容器性能研究

通过两步法在碳布(CC)上成功制备MnO_2@Ni(OH)_2核/壳纳米线阵列(NWAs),并应用于柔性全固态非对称超级电容器(ASCs)中。Ni(OH)_2纳米片整齐地包覆在每个MnO_2纳米线上,与纯MnO_2纳米线相比获得了更高的比电容值(在扫描速率为5mV/s时,比电容值为432.8F/g)。该电极材料同时具有良好的循环稳定性,在5A/g下充放电2000圈后,仍保持初始比电容的92.3%。自组装的MnO_2@Ni(OH)_2//MnO_2 ASC具有1.8V的宽电势窗口,输出了高能量密度(69.2Wh/kg)和高功率密度(当54.6Wh/kg时4.5kW/kg)。结果表明,MnO_2@Ni(OH)_2 NWAs以碳布作为柔性基底,拥有高比表面积可以被大规模地应用在超级电容器领域中。     

用于超级电容器的还原氧化石墨烯/NixMn1-x/2O2复合材料的电化学性能

MnO₂为有前景的超级电容器正极材料,具有较高的理论比电容及良好的循环稳定性,但电子电导性不佳限制了其应用。采用一步水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO）/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料。通过XRD、SEM、TEM、FTIR、电化学分析等手段对制备的RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂物相组成、微观形貌和电化学性能进行了表征和分析。电化学测试结果表明：Ni元素的引入提高了MnO₂的电容性能,以水热法制备的MnO₂的比电容为66 F/g （扫描速度10 mV/s）,而Ni元素掺杂量x=0.02时,Ni_0.02Mn_0.99O₂比电容为111 F/g;材料中引入RGO后,RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料电容性能进一步提高,加入2wt%的RGO时,RGO/Ni_0.02Mn_0.99O₂的比电容为136 F/g。RGO的引入提高了活性材料的电子迁移速率,Ni元素的掺杂造成了MnO₂晶格中存在适量的点缺陷,提高了其导电性。以RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂为正极的超级电容器可同时具备双电层电容器和赝电容器的优点,以Ni掺杂MnO₂和RGO的负载协同提高了该复合材料电化学性能。     

超级电容器活性炭/MnO2复合电极材料的制备及性能

KMnO_4和MnCl_2在140℃反应釜中反应6h并掺杂不同含量的活性炭,经球磨后制备成超级电容器活性炭/MnO2复合电极材料。通过BET测试得出,当活性炭含量为29%(质量分数,下同)时,复合电极材料的比表面积为451m~2/g。XRD结果表明,复合物的物相结构主要为非晶。SEM结果表明,复合电极的形貌为细小环绕微纳米绒球。XPS谱线表明不同活性炭含量的复合物中均含有Mn~(4+)。当扫描速率为50 mV/s时,复合电极的比电容值达365F/g,充放电效率为93%,等效串联电阻值仅为0.87Ω。经3 000次循环后,复合电极中均出现不同程度的晶体相,电极形貌变成颗粒状和块状,但复合粒子的均匀性增强,比电容值仅下降约6%。     

基于CoNi-双金属氢氧化物//AC非对称超级电容器的构筑（英文）

以高电容特性的CoNi-LDH作正极,活性炭作负极,6 mol/L KOH溶液为电解液构筑CoNi-LDH/AC非对称超级电容器。由于这两种材料在同一种电解液中发生可逆循环时对应的电化学电势范围不同,因此通过组合这两种电极材料可以有效地解决对称电容器工作电压低的问题。用循环伏安、恒电流充放电等测试方法对其电化学性能进行研究。结果表明,所组装非对称电容器在碱性水系电解液中,其工作电压可以达到1.5 V。通过比较它与基于两种电极材料对称电容器的能量密度-功率密度曲线可以看出,非对称电容器的性能有了很大提高,在功率密度为102.3 W·kg~(-1)时,其能量密度可以达到46.3 Wh·kg~(-1)。     

超级电容器用Ti/TiO2-MnO纳米管阵列电极的制备及电化学性能

通过阳极氧化浸渍退火的方式获得Ti/TiO2-MnO复合电极。通过XRD测定样品的晶相结构,通过SEM观察样品的显微形貌。结果表明,Ti/TiO2纳米管阵列孔径分布在60~95 nm,纳米管长度在350~820 nm。常温下阳极氧化获得的TiO2为无定形结构,500℃热处理后,TiO2变为锐钛矿(Anatase)。样品在MnSO4溶液中浸渍并500℃热处理后,只有MnO相产生。组装扣式模拟超级电容器并测试其循环伏安曲线。CV曲线存在一对氧化还原峰,对应H+在纳米管中的嵌入/脱出过程。H+在纳米管中传输过程为扩散控制。TiO2由无定形转变为Anatase晶形和在其中沉积MnO后,CV响应电流降低。     

MnO2在超级电容器电极材料中的研究进展

超级电容器因其超快速的充放电速度而在众多储能器件中占据不可替代的地位。此外,它还具有循环寿命长、维护简单、安全环保、成本低等诸多优势。以各类碳基材料为代表的超级电容器的比电容通常较低,难以满足社会发展对高能的需求。以各类金属化合物为代表的赝电容器可通过快速的法拉第反应存储更多的能量,因而受到现代社会的青睐。其中,MnO₂是最早被提出来的一类传统赝电容器电极材料,其晶相结构丰富,具有可供电解液离子快速进出的隧道结构,理论比容量高,但其存在电子电导率低、循环稳定性差等问题。作者选择了最具代表性的两类MnO₂材料——α相和δ相MnO₂,介绍了这两种晶相的储能机理和研究现状,重点介绍目前针对其存在的问题而普遍采用的解决方案,并对MnO₂的规模应用提出展望。      

MnCo2O4基超级电容器电极材料研究进展

工业的迅速发展创造了新的能源需求,超级电容器因其具有全面代替传统电池的潜力已对新能源领域产生了极大的推动力,成为当下的研究热点。目前,研究的焦点集中于如何提高超级电容器的能量密度这一关键瓶颈问题。在制备可提高电极比容量的新型电极材料的过程中,MnCo₂O₄作为一种赝电容超级电容器电极材料,因具有成本低、比容量高、电化学性能优异等特点而被深度研究。综述了当前阶段MnCo₂O₄电极材料的多种制备方法及MnCo₂O₄基复合电极材料在实际应用中的相关进展,并对MnCo₂O₄基复合电极材料的可能未来进行了展望。     

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     

柔性钛箔上生长的自支撑TiO_2@NiCo_2S_4阵列复合材料用作高性能非对称超级电容器电极（英文）

近年来,随着可穿戴电子技术的出现,制作出质量轻、灵活性强的电子设备也越来越受到人们的重视,相应具有可穿戴功能的高电化学性能的储能设备也备受关注。其中,超级电容器具有循环寿命长、充放电速度快、功率密度高等优点,是一种很有前途的储能设备。因此,柔性超级电容器的设计和生产被认为是满足先进柔性电子设备需求的最有前途的策略之一。鉴于电极材料是影响超级电容器的性能和生产成本的关键因素,因此开发高性能和低成本的电极材料是超级电容器研究的重要内容。在众多研究的电极材料中,双金属化合物因具有较高的理论比电容、较低的成本,对环境相对友好,耐碱腐蚀等优势而引起研究人员的广泛关注。其中,金属硫化物中硫钴镍是一种典型的双金属硫化物。硫钴镍具有理论容量高、电负性较低、电化学活性高、资源丰富易得、无毒、易制备等特点,因此被广泛用于超级电容器的电极材料。硫钴镍虽然具有较高的理论容量,但目前仍面临以下几个严重问题:(1)硫钴镍导电性差,实际电化学比容量低于理论容量;(2)硫钴镍在充放电过程中存在严重的体积膨胀,使得电容器结构被破坏进而造成电容器循环性能的快速衰减。目前的解决办法一般是通过将硫钴镍与各种碳材料、金属氧化物及导电聚合物复合,改善材料的结构、形貌和导电性,以此提高材料的电化学性能。硫钴镍与金属氧化物、硫钴镍与碳材料复合的电极材料在制成超级电容器的电极极片时需要添加导电剂和粘结剂,这不仅增加了电极的成本,而且也使制作环节变得复杂,更重要的是活性物质的外露面积也会因为粘结剂的使用而减小。现在许多研究将导电活性物质直接生长在集流体上形成自支撑结构,这种结构形式既简化了超级电容器电极的制作流程,又提高了电容器的电化学性能。本研究以Ti片为基底,采用分步水热法先在Ti片表面生长TiO_2纳米带阵列,然后在其上包覆生长NiCo_2S_4纳米片,得到NiCo_2S_4纳米片包覆TiO_2纳米带的核/壳阵列结构。将TiO_2@NiCo_2S_4作为超级电容器无粘结剂和导电剂的电极。三电极测试结果表明:1 A·g~(-1)时TiO_2@NiCo_2S_4电极的比电容达到1 300 F·g~(-1)。此外,将煤基多孔碳(CPC)作为负极,TiO_2@NiCo_2S_4作为正极,组装成了TiO_2@NiCo_2S_4//煤基多孔碳(CPC)不对称超级电容器(ASC)。电化学测试结果表明:TiO_2@NiCo_2S_4//CPC不仅具有较高的能量密度和功率密度(在400 W·kg~(-1)时为41.6 Wh·kg~(-1)),而且具有良好的循环稳定性(在4 A·g~(-1)下循环5 000次后,电容保持率大于80%)。这是由于采用多级阵列式结构的复合电极具有以下优势:(1)比表面积大,增大了活性物质和电解液的接触面积;(2)孔道丰富,减少了电解液离子迁移的距离;(3)避免了使用传统电极制作过程中导电剂和粘结剂,减少了生产成本、缩短了加工时间。这种交织的三维(3D)网络结构和柔性衬底的设计为获得高性能柔性衬底电极材料提供了新方法。     

NiS2/三维多孔石墨烯复合材料作为超级电容器电极材料的电化学性能

选用合适的软模板,通过简便的一步溶剂热法成功制备了NiS₂/三维多孔石墨烯（3D rGO）复合材料。利用FESEM、TEM、XPS和电化学工作站对样品的表面形貌、元素价态和电化学性能进行表征。结果表明:制备的NiS₂/3D rGO复合材料存在石墨烯三维堆叠的孔道结构,且具备较大的比表面积,为57.51 m2g-1。电化学测试表明,在1 Ag-1的电流密度下NiS₂/3D rGO复合材料的比电容高达1 116.7 Fg-1,而且当电流密度增加到5 Ag-1时NiS₂/3D rGO复合材料的比电容为832.2 Fg-1,比电容保持率为1 Ag-1时的74.5%。在4 Ag-1电流密度下,经过1 000次循环后,NiS₂/3D rGO复合材料的比电容仍能保持91.2%。因此,NiS₂/3D rGO复合材料可作为一种理想的超级电容器电极材料。      

HClO4氧化对石油焦基活性炭超级电容器性能的影响（英文）

采用HClO4对石油焦进行氧化改性,按照碱碳比为3∶1的比例将改性石油焦活化成活性炭,产物标记为OAC-3。作为对比,按照碱碳比4∶1将石油焦活化成活性炭,产物标记为AC-4。采用XRD、I2吸附、N2吸附和循环伏安研究HClO4氧化对石油焦结构和产物活性炭性能的影响。结果表明,HClO4氧化将石油焦石墨微晶d(002)晶面层间距由0.344nm提高到0.353nm,同时将晶粒粒径由2.34nm减小到1.75nm。AC-4和OAC-3的比表面积分别为2 929和3 058 m2/g,在0.5 mV/s的扫描速率下,其比电容分别为361.3和392.7F/g;基于OAC-3的超级电容器具有更好的功率特性。     

混合维度WS2/WSe2/Si单极势垒异质结构用于高性能光电探测(英文)

单极势垒异质结构可以选择性地降低暗电流,但不影响光电流,是一种构建高性能光电探测器的有效策略.特别地,具有可调谐能带结构和自钝化表面的二维(2D)材料不仅能满足能带匹配要求,而且避免了界面缺陷和晶格失配,有助于设计单极势垒异质结构.这里,我们展示了一种混合维度WS₂/WSe₂/p-Si单极势垒异质结光电探测器.其中,2D WS₂充当光子吸收体,原子级厚度的WSe₂充当单极势垒,3D p-Si充当光生载流子收集器.插入的WSe₂不仅减轻了有害的衬底效应,而且形成了高导带势垒,可以过滤掉若干暗电流分量,同时不影响光电流.在隧穿效应和载流子倍增效应的驱动下,该WS₂/WSe₂/p-Si器件表现出高于10⁵的高开/关比、2.39×10¹² Jones的高探测度和8.47/7.98毫秒的快速上升/衰减时间.这些优点显著优于传统的WS₂/p-Si器件,为设计高性能的光电器件开辟了一...