Ni(OH)_2/C复合电极材料的合成及超电容性能研究

采用溶剂热法合成Ni(OH)_2/C复合电极材料,研究C对复合电极材料电化学性能的影响。测试结果表明,产物为片状不规则外观,且Ni(OH)_2未发生晶型结构改变,Ni(OH)_2/C复合电极材料表现出较好的电化学性能,首次放电比容量达到185.0 F·g~(-1)。当测试电流密度为0.5A·g~(-1)时,充放电循环200次后的比容量保持率为92.5%,说明复合材料具有较好的循环稳定性。     

过渡金属碳酸氢盐Ni(HCO3)2材料的合成以及超级电容器性能的研究

超级电容器(SCs)以其功率密度高、寿命长、生态友好、成本低等显著特点受到研究者的广泛关注。然而,能量密度仍然较低,限制了其进一步的应用。因此,选择具有高比电容的电极材料是提高超级电容器电化学性能的重要方法之一。采用简易的一步水热法成功地制备出过渡金属碳酸氢盐Ni(HCO_3)_2电极材料。经实验证明,该材料具有良好的电化学性能,在电流密度为1A·g~(-1)时具有较高的比电容2056F·g~(-1),且当用10A·g~(-1)的电流密度进行测试时比电容仍有1292F·g~(-1),说明Ni(HCO_3)_2材料具有良好的倍率性能。此外,在5 A·g~(-1)电流密度下循环2 000圈后仍然具有93%的比容量保持率,具有良好的循环稳定性。     

Co-Zn复合掺杂纳米氢氧化镍的制备及性能

采用微乳液法合成了Co、Zn复合掺杂的纳米Ni(OH)_2粉体,通过改变温度、pH值对产品堆积密度、比容量的影响, 发现T=50℃、pH=11时,样品电极的性能较好,以50 mA·g~(-1)恒电流充放电,终止电压为1．0V的充放电制度下,其比容量达 282mAh·g~(-1),样品经过50次循环后容衰减率仅为2．5％．     

ACMS/MnO_2复合电极材料的合成及其超电容性能研究

通过水热反应制备活性炭微球(ACMS),并在炭微球表面原位生成二氧化锰(MnO_2),合成炭微球/二氧化锰(ACMS/MnO_2)复合电极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对复合材料结构进行表征;通过恒流充放电等对复合材料的电化学性能进行研究。测试结果表明,反应中生成的MnO_2均匀包覆在ACMS表面,得到了直径约为0.2~0.3μm的球体。复合材料ACMS/MnO_2的首次放电比容量为316.5F·g-1,循环100次后的容量保持率为82.6%,优于单一的MnO_2。     

二氧化锰/石墨烯复合电极材料的合成及超电容性能研究

将氧化石墨(GO)还原为石墨烯(GNS),以高锰酸钾(KMnO_4)和硫酸锰(MnSO_4)为锰源,在石墨烯基体上合成二氧化锰/石墨烯(MnO_2/GNS)复合电极材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对材料的微观形貌和晶体结构进行表征;将电极材料制备成复合电极片并组装成对称型超级电容器,采用恒流充放电对其进行电化学性能测试。结果表明,复合电极材料在5A·g~(-1)的电流条件下,比容量达到291.5 F·g~(-1),在循环200次后电容保持率达到95.6%,具有良好的电化学性能。     

超级电容器复合电极材料Ni(OH)_2/GO的制备及其电化学性能研究

采用液相共沉淀法制备氢氧化镍/石墨烯(Ni(OH)2/GO)复合材料,通过电池测试系统检测对比Ni(OH)2与GO复合前后材料的电化学性能。测试结果表明,将Ni(OH)2与GO进行复合之后,复合材料的比电容达到141.3F·g-1,循环100次后容量保持率为94.6%,较单一的Ni(OH)2有较大的提高。     

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%。     

基于金属有机骨架氧化物模板法的空心NiO的制备及其储钠电化学性能

本工作以镍离子交换的金属有机骨架氧化物Co-ZIF-67为模板制备得到空心NiO材料,并通过SEM、XRD、BET、FTIR、XPS、恒流充放电测试、循环伏安曲线等表征手段对空心NiO的结构、形貌、表面特性和电化学性能进行分析。SEM和BET测试表明制备的NiO为表面具有纳米中孔的亚微米级的空心材料。XPS结果显示空心氧化镍表面Ni为+2价和+3价的混合价态,作为钠离子电池负极时,电流密度50 m A·g~(-1)条件下初始比容量能达到1133.6 m Ah·g~(-1),充电比容量达到549.7 m Ah·g~(-1),首次循环库仑效率为48.5%;50次循环后,放电比容量仍能达到330.1 m Ah·g~(-1),表现出优异的可逆储钠性能。     

Ni(OH)_2/C作为锂离子电池负极材料的研究

采用控制沉淀法制备Ni(OH)2/C复合材料,用XRD和SEM表征材料的结构和形貌。首次将材料用于锂离子电池,通过充放电测试、循环伏安法和交流阻抗实验研究其嵌/脱锂行为和电化学性能。结果表明,Ni(OH)2/C复合材料具有嵌/脱锂性能,首次可逆比容量达到992mAh/g,20次循环后的可逆比容量为211mAh/g,循环效率为95.6%,高于Ni(OH)2材料(128mAh/g和94.4%),循环性能的改善可归因于掺杂石墨后,使电极电导率明显提高,同时减缓体积效应。     

基于1D结构构建的3D丝网状MnO2复合电极材料的制备及其电容性能的研究

本文通过使用一种简单有效的电沉积工艺,利用一维MnO_2纳米线成功构筑了结构稳定的三维丝网状MnO_2/r GO/NF复合电极材料。经结构表征可知,丝网状MnO_2纳米线在无任何粘结剂的情况下,均匀的原位生长在具有自支撑结构的三维rGO/NF表面。该方法制备的复合电极在0.5A·g~(-1)的电流密度下测得比电容为213F·g~(-1),当电流密度增加至10A·g~(-1)时,倍率性能为95%。循环测试5000圈(1A·g~(-1)),电容保持率为92.5%。复合电极材料上述性能主要归因于丝网状MnO_2的多孔结构与赝电容的协同作用,为反应提供了足够的电化学活性位点和稳定的结构,从而使其成为构建高性能储能器件的一种极具开发潜力的电极材料。     

纳米β-Ni(OH)_2的制备及其储锂性能

以Ni(NO3)2·6H2O和NaOH为原料采用化学沉淀法制备了Ni(OH)2电极材料。采用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征了样品的微观结构,结果表明该样品是具有片状纳米次级结构的β-Ni(OH)2。采用循环伏安(CV)和电化学充放电测试研究了该β-Ni(OH)2样品的储锂性能,结果发现该样品作为锂离子电池负极材料具有非常高的储锂活性,在50 m A·g-1电流密度下其第3次循环放电比容量高于1550m A·h·g-1;样品电极中的碳含量对其循环性能和倍率性都有显著影响,通过交流阻抗(EIS)测试分析了样品电极中碳含量的作用机理。     

纳米多孔NiO类空心微球负极材料的制备与储锂性能

以NiCl_2·6H_2O、尿素、葡萄糖为原料采用水热法制备了NiO前体,将前体在空气中烧结最终得到NiO电极活性材料。该NiO样品具有镂空结构的类空心球形貌,且由50~100 nm初级纳米颗粒构成。对该NiO样品作为锂离子电池负极材料的储锂性能进行了研究,结果发现赝电容效应对该材料储锂容量和倍率性能有重要贡献。因独特的空心纳米结构和赝电容效应,该材料表现出出色的电化学循环稳定性和优异的大倍率充放电性能。在500m A·g~(-1)电流密度下,100圈充放电循环后放电比容量为650 m A·h·g~(-1),容量保持率达86.6%;在10 A·g~(-1)的超高倍率下,其稳定放电比容量仍高达432 m A·h·g~(-1)。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的制备与性能研究

以Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驱体和Li_2CO_3为原料,在空气气氛下采用适当的烧结工艺制备了LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2锂离子电池正极材料。采用振实密度仪、SEM和XRD等方法对材料烧结前后的密度、形貌与结构进行表征,并对烧结后的锂离子电池正极材料的电化学性能进行测试。结果表明烧结制备的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料混排因子c/a为4.9421,阳离子混排程度低I(003)/I(104)为2.222,层状结构明显。在2.8~4.3 V、0.2 C和0.5 C下,LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的首次放电比容量为153.6 m Ah·g~(-1)和146.5 mAh·g~(-1),首次充放电效率分别为81.2%和78.8%,循环80次后容量分别保持为130.2 mAh·g~(-1)和128.1 mAh·g~(-1),容量保持率都在85%以上,具有良好的电化学性能。     

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。     

Co掺杂对Na3V2(PO4)2F3材料结构和电化学性能的影响

首次采用溶胶-凝胶法制备Co掺杂Na_3V_(2-x)Co_x(PO_4)_2F_3(x=0.00,0.05,0.1,0.2)钠离子电池正极材料。使用XRD、FE-SEM、恒流充放电和交流阻抗测试分析了Co掺杂对Na_3V_2(PO_4)_2F_3材料的结构和电化学性能的影响。结果表明,Co~(2+)取代V~(3+)可在Na_3V_2(PO_4)_2F_3晶格内产生V~(3+/4+)混合电价从而提高Na_3V_2(PO_4)_2F_3材料的电子电导率,具有更大离子半径的Co~(2+)替换V~(3+)可增大Na_3V_2(PO_4)_2F_3晶胞体积,扩宽钠离子传输通道,从而提高其离子电导率。此外,Co掺杂可有效减小Na_3V_2(PO_4)_2F_3电极的电荷转移阻抗。电化学测试结果表明,x=0.1时的Na_3V_(1.9)Co_(0.1)(PO_4)_2F_3电极展现出了最优异的电化学性能,0.1C时的首次放电比容量为111.3mAh·g~(-1),5C时首周可逆容量为91.9mAh·g~(-1),循环80次的容量保持率为70%。     

柔性Yb(OH)3@Ni(OH)2/CC纳米复合电极材料的制备及性能研究

以柔性碳纤维(CC)作为基底材料,分别采用化学镀镍、电化学氧化和电化学沉积的方法制备出Yb(OH)₃复合Ni(OH)₂碳纤维纳米电极材料(Yb(OH)₃@Ni(OH)₂/CC)。以X射线衍射仪(XRD)测试材料的结构和组成成分;利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对材料的微观形貌进行表征;利用线性循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)、恒流充放电法(GCD)对材料的电化学性能进行测试研究。实验结果表明,当电流密度为10mA/cm²时,该复合材料的面积比电容高达1216mF/cm²;循环充放电1000次后的容量保持率为90%,比Ni(OH)₂/CC材料的容量保持率提高14%。     

ZIFs衍生多孔炭-金属硫化物复合材料的制备及在锂硫电池中的应用

锂硫电池因具有成本低和能量密度高等优点而受到广泛关注,但由于中间产物的溶解而产生致命的穿梭效应,严重缩短了电池的循环寿命。本文以ZIF-8为前驱体,经炭化后再硫化得到ZIFs衍生多孔炭-硫化锌复合材料(ZnS-ZDPC)。结果表明,ZnS-ZDPC/S为正极的Li-S电池在放电倍率为0.2C时,首次放电比容量为1 265.2 mA·h·g~(-1),循环300次后仍然能保持在654.1 m A·h·g~(-1),相比于ZDPC/S电极材料,容量衰减较慢,表现出较好的电化学性能。     

NiCo_2O_4/炭黑@纳米炭纤维自支撑复合电极制备与电容性能研究

针对炭材料和金属氧化物单独作为电极材料存在的不足,以纳米炭纤维作为基底,通过水热法在纳米炭纤维上同时负载炭黑(CB)和钴酸镍(NiCo_2O_4)纳米线,进一步热处理制备了NiCo_2O_4/炭黑@纳米炭纤维自支撑复合电极。在复合电极材料中,纳米炭纤维网络提供了三维电子传导通道,钴酸镍提供了较高的比电容,炭黑显著地提高了NiCo_2O_4的导电性。通过调整沉积时间有效调节了活性物质的负载量,所得电极显示出优异的导电性(35.3 S·m~(-1)),在1 A·g~(-1)的电流密度下比电容达到846 F·g~(-1),且具有优良的循环稳定性。优异的电容性能使NiCo_2O_4/炭黑@纳米炭纤维复合电极有望成为下一代超级电容器的电极材料。     

Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)_2的电极材料及性能

采用快速冷冻沉淀法首次成功制备出Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)2粉体材料。通过XRD、SAED、SEM、IR、Raman光谱及DSC-TG等对样品粉体的结构形态进行表征和分析,同时将样品合成电极材料并组装成MH/Ni模拟电池进行电化学性能测试,结果表明,样品材料内部结构缺陷多、无序性强、材料微粒大小比较均匀,并具有较好的分散性,结合水含量较多。将复合掺杂Fe(Ⅲ)5%和Al(Ⅲ)8%的样品材料制备镍正极并组装成MH/Ni模拟电池,在以80 mA·g-1恒流充电5.5 h,40 mA·g-1恒流放电,终止电压1.0 V的充放电制度下,进行充放电性能、比容量及其循环性能等电化学性能的测试,放电平台平稳,工作电压高达1.30 V,放电比容量达到357.6 mAh·g-1,且在电极过程中材料的稳定性增强、电化学阻抗较小,循环可逆性较好。     

Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)2的电极材料及性能

采用快速冷冻沉淀法首次成功制备出Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)₂粉体材料。通过XRD、SAED、SEM、IR、Raman光谱及DSC-TG等对样品粉体的结构形态进行表征和分析,同时将样品合成电极材料并组装成MH/Ni模拟电池进行电化学性能测试,结果表明,样品材料内部结构缺陷多、无序性强、材料微粒大小比较均匀,并具有较好的分散性,结合水含量较多。将复合掺杂Fe(Ⅲ) 5%和Al(Ⅲ) 8%的样品材料制备镍正极并组装成MH/Ni模拟电池,在以80 mA·g^-1恒流充电5.5 h,40 mA·g^-1恒流放电,终止电压1.0 V的充放电制度下,进行充放电性能、比容量及其循环性能等电化学性能的测试,放电平台平稳,工作电压高达1.30 V,放电比容量达到357.6 mAh·g^-1,且在电极过程中材料的稳定性增强、电化学阻抗较小,循环可逆性较好。