煤抽提物基炭材料的制备及其电化学性能

以某煤抽提物为前驱体,在N_2保护下,分别在600℃,700℃,800℃和900℃炭化制备四种电化学电容器用炭材料,分别记作:FKC600,FKC700,FKC800和FKC900.采用低温N_2吸附法对各炭材料的孔结构进行表征,并通过恒流充放电和循环伏安测试研究其电化学性能.结果表明:随着炭化温度的升高,四种炭材料的比表面积和总孔容逐渐增大,但孔结构总体上发育不完善,FKC600和FKC700的比表面积仅为14 m~2·g~(-1)左右.四种炭材料在3 mo1/L KOH电解液中具有良好的充放电可逆性和典型的双电层电容特性;其体积比电容和面积比电容随炭化温度的升高呈现先增大后减小的趋势,FKC700的体积比电容高达112.4 F·cm~(-3),FKC600和FKC700的面积比电容大于800μF·cm~(-2),远远高于炭材料的理论储能极限.     

氮掺杂空心炭球作为锂离子电池负极材料的研究

以聚苯乙烯为模板,聚吡咯为炭前驱体,制备出尺寸均匀的氮掺杂空心炭球(NHCs)。通过N_2吸脱附曲线、X射线光电子能谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和循环伏安法等测试方法考察了炭化温度对空心炭球的微观结构与电化学性能的影响。结果表明,制备的空心炭球直径在160 nm左右,氮原子百分含量达到9.69%。0.5 A·g~(-1)的电流密度下,800℃炭化所得空心球经过200次循环可逆容量达到493.4 mA·h·g~(-1),容量保持率为84%;在5 A·g~(-1)的电流密度下,经过1000次循环,可逆容量仍高达265.2 mA·h·g~(-1)。说明所制备的空心球拥有高的可逆容量、良好的倍率性能和长的循环寿命,是一种优异的储锂材料。     

金属有机骨架材料制备的多孔炭在锂硫电池中的应用

以水热法制备的镍基金属有机骨架为前驱体,经掺杂改性、高温炭化制得一种表面富含氮原子的多孔炭材料,并与升华硫复合制备硫/炭复合正极材料。利用扫描电镜、比表面分析仪及电化学测试等方法表征材料的结构、形貌和电化学性能。实验结果表明,这种富含N的复合正极材料在电流密度167.5 m A·g~(-1)(0.1 C倍率)下首次放电比容量达到1 218.9 m A·h/g,循环50次后比容量降为560.1 m A·h/g,容量保持率为46%,相较于未掺杂氮的硫/炭复合材料,电化学性能得到显著提高。     

苯并噁嗪基N掺杂介孔碳材料电化学性能

为了制备高比电容、高稳定性的超级电容器电极材料,以己二胺、腰果酚、多聚甲醛为原料合成了苯并噁嗪前驱体(C-BOZ),利用介孔硅基分子筛(SBA-15)为模板剂,制备了氮掺杂有序介孔碳材料(NCC)。分别考察了C-BOZ与SBA-15质量比为1:0.6、1:0.8、1:1时对电化学性能的影响,并通过N_2等温吸脱附、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的形貌结构及元素组成进行表征分析。结果表明:当C-BOZ与SBA-15质量比为1:0.8时,比表面积高达1 432 m~2×g~(-1),所制备碳材料成功复刻出SBA-15的孔道形貌结构,电流密度为0.5 A×g~(-1)时比电容高达464 F×g~(-1),经过6 000次循环充放电仍然保持初始比容量的97.7%,具有良好的循环稳定性。     

废旧锂电池负极石墨粉制备石墨烯及其电化学研究

以废旧手机锂电池为前驱体,回收负极石墨粉,并以其原料采用氧化还原法制备了石墨烯。通过FT-IR、XRD对其进行了表征和利用交流阻抗、恒电流充放电等电化学测试方法对其电化学性能进行了测试。结果表明:该石墨烯表现出与文献相近的电化学性能,在电流密度0.5A·g~(-1)下,石墨烯电极材料比电容量为113.2F·g~(-1),经1000次循环后比电容可保持93.2%。     

氮掺杂多孔炭材料的制备及其电容行为研究

氮掺杂多孔炭材料作为电荷存储和电子传输载体,在储能、催化等领域有重要应用,已成为炭材料领域的研究热点之一。通过煤沥青分子结构设计,引入具有亲水性羧基官能团,利用羧基与氮原子配位作用,成功制备了不同微观结构和表面形貌特征的氮掺杂炭材料。实验研究表明,氮掺杂多孔炭材料氮的质量分数为4.99%,氮的化学键合态以石墨氮(N-Q)和吡啶氮(N-6)为主,占比为72.9%。氮原子的引入,显著提升炭材料的电化学性能。在1A·g~(-1)电流密度下,电极材料的比容量为371.6 F·g~(-1),当电流密度增加到10 A·g~(-1)时,比容量为269 F·g~(-1),容量保持率为72.4%。     

高电容氮硫共掺杂多孔炭纳米片的制备

提供一种新型的超级电容器用高电容氮硫共掺杂多孔炭纳米片的制备方法,该方法操作简单、时间周期短、重复性好。以葡萄糖酸钙为碳源、氢氧化钾为活化剂、硫脲为氮硫源,通过直接碳化法制备出氮硫共掺杂多孔炭纳米片,并用于超级电容器的电极材料。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、拉曼以及氮气吸脱附测试分析,氮硫共掺杂多孔炭纳米片具有高比表面积(491 m²·g^-1)、高氮掺杂量(8.1%)、高硫掺杂量(3.7%)以及分级孔道结构,并在6 mol·L^-1的KOH水溶液中表现出良好的电化学性能。当电流密度为0.2 A·g^-1时,其质量比电容高至221 F·g^-1,在20 A·g^-1时,其质量比电容可以达到144 F·g^-1,质量比电容保持率高达65%,而且经过5 000次充放电循环的电容保持率高达100%。该方法制备出的氮硫共掺杂多孔炭纳米片不仅表现出较大实际应用潜力,而且为寻找电化学性能优异的氮硫共掺杂电极材料奠定基础。     

活性炭纤维/聚苯胺复合材料的制备及电性能研究

制备了活性炭纤维/聚苯胺(ACF/PANI)复合电极材料,探讨了其电化学性能。通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、循环伏安和恒流充放电等测试对电极材料进行了表征。结果表明:聚苯胺在活性炭纤维上紧密均匀地生长,相互交错搭建成导电网状结构,经循环伏安测试,复合材料的比电容值可达832.80F·g~(-1),储能性能良好。以活性炭纤维/聚苯胺复合材料为负极组成超级电容器,经恒流充放电测试衰减率为31.3%,表现出良好的循环稳定性。     

Al掺杂炭气凝胶超级电容器电极材料的制备以及电化学性能

以间苯二酚和甲醛为原料,硝酸铝、硫酸铝为催化剂,通过溶胶凝胶反应制备有机气凝胶,分别将有机气凝胶直接在氮气中高温炭化和经磷酸溶液活化后再经氮气高温炭化得到Al掺杂的炭气凝胶,研究Al掺杂和磷酸活化对炭气凝胶性质的影响。经SEM、氮气吸附-脱附以及XRD等对样品进行表征,分析样品的形貌和结构,采用循环伏安、恒流充放电测定了材料的电化学性能。结果表明,Al掺杂和磷酸活化增加了微孔孔容,提高了材料的比表面积。Al掺杂炭气凝胶中,硝酸铝为催化剂制备的电极材料质量比电容高于硫酸铝,为125 F/g。磷酸活化后,材料的比电容达到225 F/g。掺杂和活化均提高了材料的质量比电容,其中磷酸活化对质量比电容影响更大。     

扩展st?ber法掺氮碳球的制备及其电化学性能

为了改善碳材料的性质,以间苯二酚、甲醛为碳源,盐酸胍为氮源,聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(F127)为软模板剂,采用扩展的st?ber法合成间苯二酚-甲醛-盐酸胍胶体球(NPS),然后水热、碳化制备掺氮碳球(NCS),考察了盐酸胍加入量对样品的结构特点、微观形貌及元素组成的影响,并通过循环伏安、恒流充放电对样品的电化学性能进行测试。结果表明:该方法制备出的掺氮碳球比表面积较大(590.8～851.5 m~2×g~(-1)),粒径均一,含氮量较高(3.142%～5.377%),具有较好的双电层电容器性能。当盐酸胍和间苯二酚的摩尔比为8:1时,制备的碳球电容性能最优。在电流密度为10A×g~(-1)时,比电容达到252 F×g~(-1),经历1 000次循环后,电容保持率为97.2%。至此,以盐酸胍为氮源,采用扩展st?ber法成功制备出了具有优异电化学性能的掺氮碳球。     

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。     

氮掺杂微孔活性炭制备及其超级电容性能

以土豆为碳源,乙二胺为氮源,氢氧化钾为活化剂制备具有微孔结构高比表面积氮掺杂活性炭。通过N_2物理吸附、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱和元素分析研究活性炭比表面积、孔结构、形貌及元素组成,并测试其电化学性能。结果表明,当碱碳质量比为5∶1时(NC600-800-5),活性炭材料比表面积最高2 440 m~2·g~(-1)、孔容最大1.07 cm~3·g~(-1)、孔径最大0.82 nm和1.80 nm。电流密度1 A·g~(-1)时比电容可达370 F·g~(-1),经3 000次循环充放电后,比电容保持率为95.2%。     

高性能超级电容器用药渣基氮掺杂分级多孔炭的制备

利用合成盐酸林可霉素原料药及衍生物所产生的药渣为原料,通过一步炭化和活化法制备药渣基氮掺杂分级多孔炭(DNHPC)。利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射、氮气吸脱附对DNHPC的形貌、物质结构、成分、比表面积及孔径分布进行表征,并在三电极体系中以6 mol·L-1的KOH水溶液为电解液对DNHPC的电化学性能测试。结果表明DNHPC具有较高的比较面积(1269 m2·g-1)和氮掺杂量(5.3%),并表现出优异的倍率性能和循环稳定性。当电流密度为0. 25 A·g-1时,其质量比电容高达263 F·g-1,当电流密度高达20 A·g-1时,其质量比电容能够达到180 F·g-1,质量比电容保持率高达68.4%,而且经过3000次充放电循环(10 A·g-1)的电容保持率高达93%。     

二次颗粒结构聚苯胺的制备及其超级电容性能

采用化学氧化法以甲苯-4-磺酸钠掺杂制备了电化学电容器用聚苯胺电极材料,对产物进行了表征,研究了其电化学电容性能.结果表明制备的掺杂态聚苯胺具有特殊的多层次颗粒结构,循环伏安曲线接近于理想的矩形,在充放电整个电位范围内,电位和时间都保持较好的线形关系,单电极比电容可达283.7 F/g.     

基于双金属有机配位聚合物的氮掺杂多孔炭的制备及电化学性能研究

通过对苯二胺(PPD)与2种金属离子Zn~(2+)、Co~(2+)发生配位络合反应生成双金属有机配位聚合物([Co(PPD)_4Zn]_n)复合物前驱体,再经一步炭化过程形成氮掺杂多孔炭。利用高含氮量的对苯二胺作为有机配体,同时能够作为氮源和碳源。通过SEM、XRD、Raman和XPS对所制备样品PCCo-Zn的微结构、石墨化程度和元素含量进行了表征分析。同时讨论了不同的2种金属离子组合的选择(Zn~(2+)和Co~(2+)、Zn~(2+)和Ni~(2+)和Ni~(2+)和Co~(2+))以及只有单种金属的有机配位聚合物作为前驱体对材料电化学性能的影响,当双金属离子为Zn~(2+)和Co~(2+),焙烧温度为650℃时,获得的氮掺杂多孔炭(PCCo-Zn)具有最佳的电化学性能。在电流密度为0.5 A/g时,比电容为422.6 F/g;电流密度为20 A/g时,比电容仍有192.6 F/g,显示了良好的倍率性能。同时,在电流密度为20A/g时的3 000次恒电流充放电循环,比电容保持率为104.3%,显示出优异的循环稳定性能。优异的综合性能表明所制备的材料作为超级电容器电极材料有着十分广阔的应用前景。     

木质素基纳米炭纤维制备与电容性能研究

以碱木质素作为炭前驱体,PVP(聚乙烯吡咯烷酮)作为纺丝助剂,通过静电纺丝技术获得初纺纳米纤维,再经过预氧化、炭化过程制备木质素基纳米炭纤维。通过扫描电镜、XRD、XPS和低温氮吸附等手段对纳米炭纤维的结构进行了表征,并进行三电极电化学测试,通过循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗对其电化学性能进行了考察。结果表明:木质素基纳米炭纤维的直径在200~250 nm,比表面积最高达600 m~2/g,纺丝助剂对于纳米炭纤维比表面积的提升和孔结构的调节具有积极的效果,当PVP与木质素的比例为1∶1时,所得纳米炭纤维具有最佳的电容性能,在1 A/g的电流密度下,比电容达到161 F/g。     

豆腐为原料的多孔炭的制备及其储锂性能研究

以富含蛋白质的豆腐为原料,经冷冻干燥和炭化过程制备出多孔炭材料,利用SEM、FTIR、XPS、Raman以及XRD等分析手段研究了所得炭材料的物理化学性能。将其作为锂离子电池负极材料使用时,在50 mA·g~(-1)的电流密度下,首次恒流充电容量可达817.6 m A·h·g~(-1),循环10次可维持351.9 m A·h·g~(-1)的可逆比容量,当电流密度上升至2 A·g~(-1)时,仍可维持76.5 mA·h·g~(-1)的可逆比容量,表明多孔炭材料具有良好的电化学性能。     

紫菜衍生的氮掺杂分级多孔炭制备及其超级电容性能

紫菜不仅廉价易得，而且富含蛋白质。以紫菜为原料，提供炭源和氮源，先预炭化获得粗炭，再以KOH活化造孔实现氮掺杂分级多孔炭材料的制备。当KOH与粗炭比为2∶1时所获得的氮掺杂多孔炭材料(NDHPC-2)具有最丰富孔隙和最佳蜂窝状分级孔结构，其比表面积高达1975.2m²/g，介孔占比41.2%，掺氮原子含量4.3%。此外，电化学测试表明，三电极体系中NDHPC-2的最大比电容为185.4F/g，同时兼具良好倍率性能、库仑效率和循环稳定性。基于此炭材料，进一步组装了NDHPC-2//NDHPC-2对称超级电容器，单个器件最大能量密度为6.7Wh/kg，并依旧保持了出色的倍率性质、库仑效率和反复充放电稳定性。比如在10A/g高电流密度下连续充放电10000次，整个实验过程的库仑效率始终接近100%，电容损失亦几乎可忽略不计。无论三电极还是两电极体系，NDHPC-2多孔炭材料的超级电容性能均可媲美甚至超过许多已报道的生物质多孔炭材料的电化学表现，展现了较好的储能优势和实际应用潜能。     

一种生物炭基柔性固态超级电容器的制备及性能研究

利用固体农业废弃物玉米秸秆作为原料,经高温煅烧,KOH刻蚀获得具有较大比表面积的多孔生物炭材料,并采用粉末X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)以及比表面积和孔径分析仪(BET)等表征手段,研究其物理、化学结构和微观形貌。结果表明,所制备的生物炭材料具有发达的"微孔-中孔-大孔"三维贯通多级孔道结构,比表面积高达1228 m~2·g~(-1)。将其作为电极材料,与H_2SO_4/PVA凝胶电解质可组装成为具有柔性的全固态超级电容器。利用循环伏安测试(CV)、恒电流充放电(GCD)以及交流阻抗测试(EIS)对柔性超级电容器电化学性能进行了测试。在电流密度为1.0 A·g~(-1)的条件下,其比容量可达125 F·g~(-1)。该器件具有良好的机械柔性和电化学稳定性,将其从0°弯曲至180°的过程中,比电容保持率约为93.5%;以不同弯曲角度将其连续弯折100次后,仍能保持较高的比电容。此外,在弯折角度180°、充放电电流密度为5.0 A·g~(-1)的条件下经过500次循环充放电后,比电容值保持率约为95.6%,库仑效率约为94.9%。说明所制备的柔性超级电容器具有优异的充放电性能和长效循环稳定性。作为一种柔性、质轻、便携的储能装置,在可穿戴电子器件领域内具有潜在应用价值。同时该方法也为固体农业废弃物玉米秸秆的高附加值转化利用和新型绿色能源器件创新研制提供了新的技术途径。     

硼氮双掺杂中空碳纳米球的制备及其在超级电容器中的应用研究

本文采用硬模板法和放电等离子烧结技术(SPS)制备出硼氮双掺杂的中空碳纳米球。碳球间相互连接形成三维网络结构,使其具有独特性质。该样品比表面积达到855 m~2·g~(-1),孔体积1.59 cm3·g~(-1),孔尺寸分布在3~6nm之间。相关的电化学测试显示,其在碱性条件下具有良好的电容性能、循环稳定性和电容保留率,在电流密度为1A·g~(-1)时比电容达到195F·g~(-1)。