对苯二酚增强纤维素/石墨烯电极的制备

目的 以纳米纤维素气凝胶为骨架,对苯二酚为增强相,并加入还原氧化石墨烯,制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极薄膜,将其应用于超级电容器。方法 采用超声处理制备纳米纤维素/氧化石墨烯混合溶液;在高温高压的环境下,加入对苯二酚,采用水热合成法和冷冻干燥法制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯气凝胶,并最终制成电极膜。结果 在纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合气凝胶中,石墨烯可将纳米纤维素均匀包裹,形成三维多孔网络结构;纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合电极具有良好的电化学性能,在1 mol/L的H2SO4溶液中,当电流扫描速率为1 mA/cm2时,超级电容器比面积电容高达1.621 F/cm2,且在2000次循环测试后,电容保留率为88.3％。结论 以纳米纤维素为基体制备的纳米纤维素/还原氧化石墨复合电极具有良好的电化学性能,可以用作超级电容器电极。     

石墨烯负载花球状二氧化锰复合材料制备及其电容性能研究

利用高锰酸钾与乙醇之间的氧化还原反应,在多孔石墨烯表面沉积纳米二氧化锰花球,获得了一种新型的复合电极材料。通过XRD,TG,SEM,TEM等分析手段确定了材料的晶体结构、化学成分、微观形貌特征。电化学性能测试表明:纳米二氧化锰花球具有优异的比电容,但是倍率性能和循环性能不足。通过在石墨烯表面负载纳米二氧化锰花球,能够显著增加石墨烯的比电容,同时改善纳米二氧化锰花球的倍率性能和循环性能。采用0.5mol/L K_2SO_4电解液,进行三电极循环伏安测试,复合电极材料在2mV·s^-1扫速下的比电容高达295F·g^-1,在1000mV·s^-1扫速下,比电容仍然可达102F·g^-1,同时100mV·s^-1,1000次循环后,电容循环保持率可达96.3%。这表明石墨烯负载花球状二氧化锰材料是一种极具潜力的超级电容器电极材料。     

纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线柔性电极的制备

目的以竹粉为原料制备纳米纤维素,并将其作为基底材料制备纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极,应用于柔性超级电容器。方法采用化学机械处理法,将竹粉通过化学处理以及研磨、超声等处理,制备成纳米纤维素悬浮液;分别将多壁碳纳米管和纳米银线超声分散于溶剂中;最后,通过层层自组装制备纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极,同时,作为对照组,制备纳米纤维素/碳纳米管复合电极。结果纳米纤维素纤丝的直径大约为30~100 nm,相互之间缠绕成网状结构,是很好的支撑材料,纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极具有很好的成膜性和电化学性能,在扫描速率为30 m V/s时,面积比电容达到77.95 m F/cm~2。结论以纳米纤维素为基底,通过层层自组装方法制备的纳米纤维素/碳纳米管/纳米银线复合电极具有较好的电化学性能,可作为柔性超级电容器的电极。     

超级电容器用石墨烯极片的制备和性能

以石墨粉为原料,通过简便的氧化还原法制备了石墨烯。将石墨烯极片在有机电解液体系中组装成超级电容器。利用XRD、SEM对制备的石墨烯电极进行物相和形貌分析。采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对所制备超级电容器的电容性能进行了研究。结果表明,石墨烯电极超级电容器比天然石墨制备的超级电容器的比电容有了明显的提高;在电流密度为200mA/g,电压区间为1.25~2.5V下循环888次后比电容保持在45.5F/g,容量保持率在85.5%,表明石墨烯材料制备的电容器具有较好的充放电循环性能。     

超级电容器用石墨烯极片的制备和性能

以石墨粉为原料,通过简便的氧化还原法制备了石墨烯。将石墨烯极片在有机电解液体系中组装成超级电容器。利用XRD、SEM对制备的石墨烯电极进行物相和形貌分析。采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗对所制备超级电容器的电容性能进行了研究。结果表明,石墨烯电极超级电容器比天然石墨制备的超级电容器的比电容有了明显的提高;在电流密度为200mA/g,电压区间为1.25~2.5V下循环888次后比电容保持在45.5F/g,容量保持率在85.5%,表明石墨烯材料制备的电容器具有较好的充放电循环性能。     

纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极的制备

目的以纳米纤维素/碳纤维复合膜为导电基底,制备纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管超级电容器电极。方法利用超声处理和真空抽滤制备纳米纤维素/碳纤维复合膜;利用原位聚合法制备聚苯胺和聚苯胺/碳纳米管复合材料;通过真空抽滤法制备纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺电极和纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极。结果在纳米纤维素/碳纤维复合膜中,碳纤维形成了互穿导电网络结构,是良好的超级电容器电极导电基体;纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极具有良好的电化学性能,在扫描速率为5 mV/s的条件下,质量比电容为380.74 F/g,且在1000次循环测试后,电容保留率为88.05%。结论以纳米纤维素/碳纤维导电复合膜作为基体制备的纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极具有良好的电化学性能,可以作为超级电容器电极。     

基于静电纺丝碳纳米纤维的超级电容器电极材料研究进展

超级电容器具有比电池更高的功率密度、更快的充电/放电速率、更好的安全性和更长的循环寿命等优异特性得到了广泛关注.决定超级电容器性能的核心因素之一是其电极材料性能.静电纺丝技术是一种简单有效制备纳米纤维的方法,所制备的纳米纤维具有大的比表面积、良好的导电性和优异的柔韧性.因此,静电纺丝纳米纤维被广泛应用于超级电容器的电极...     

氧化物／活性炭复合电极材料的研究

用醋酸锰和高锰酸钾制备二氧化锰粉末；用氯化钌和氢氧化钠制备水合二氧化钌粉末。以二氧化钌和二氧化锰作为电极材料的活性物质，以活性碳粉末为电极的基础原料制备复合电极，并组装超级电容器单元。用x射线衍射仪和扫描电镜对电极材料进行表征，可得复合电极具有明显的电容特征。在浓度为38％的硫酸电解质溶液中，对复合电极进行电化学性能测试，循环伏安曲线、充放电曲线和交流阻抗特性显示了复合电极材料具有良好的电化学性能。碳，锰复合电极的比容量为128F／g，碳/锰/钌复合电极的比容量为266F/g。当二氧化钌和二氧化锰在电极中质量比各占20％时，更能发挥活性物质的作用，由该电极材料组成的超级电容器具有理想的电容特性。     

二氧化锰基超级电容器的电荷储能机理研究进展

碳基材料(如碳纳米管、石墨烯和介孔碳)是典型的电化学双电层超级电容器电极材料.虽然碳基材料表现出优异的电化学稳定性能,但其比电容较低.因此,常用赝电容材料与其复合.赝电容材料中,二氧化锰(MnO2)因理论比电容高、价格低、储量丰富和环境友好等特点,被广泛应用于超级电容器中.然而,MnO2导电性能差、在循环充放电过程中相...     

石墨烯基柔性一维电极材料的的制备与性能研究

在储能电子设备中,具有高柔韧性和导电性的石墨烯基电极材料在超级电容器中展现了极大的应用前景。研究采用Hummers方法制备氧化石墨烯(GO),再湿法纺丝技术制备GO纤维。进一步研究还原条件对纤维结构及性能的影响。研究发现,在90℃水合肼蒸气还原条件下,随着还原时间增加,还原越完全;但是还原时间过长,纤维的结构会出现损坏,电化学性能会有所下降。为进一步提高石墨烯纤维的电化学性能,在纤维表面和内部原位沉积聚合物-聚苯胺(PANI),制得了比电容可达到46.11 F/cm~3的石墨烯基复合纤维电极。     

Synergistic effects from graphene and carbon nanotubes enable flexible and robust electrodes for high-performance supercapacitors

Flexible and lightweight energy storage systems have received tremendous interest recently due to their potential applications in wearable electronics, roll-up displays, and other devices. To manufacture such systems, flexible electrodes with desired mechanical and electrochemical properties are critical. Herein we present a novel method to fabricate conductive, highly flexible, and robust film supercapacitor electrodes based on graphene/MnO(2)/CNTs nanocomposites. The synergistic effects from graphene, CNTs, and MnO(2) deliver outstanding mechanical properties (tensile strength of 48 MPa) and superior electrochemical activity that were not achieved by any of these components alone. These flexible electrodes allow highly active material loading (71 wt % MnO(2)), areal density (8.80 mg/cm(2)), and high specific capacitance (372 F/g) with excellent rate capability for supercapacitors without the need of current collectors and binders. The film can also be wound around 0.5 mm diameter rods for fabricating full cells with high performance, showing significant potential in flexible energy storage devices.     

Enhancing the supercapacitor performance of graphene/MnO2 nanostructured electrodes by conductive wrapping

MnO2 is considered one of the most promising pseudocapactive materials for high-performance supercapacitors given its high theoretical specific capacitance, low-cost, environmental benignity, and natural abundance. However, MnO2 electrodes often suffer from poor electronic and ionic conductivities, resulting in their limited performance in power density and cycling. Here we developed a "conductive wrapping" method to greatly improve the supercapacitor performance of graphene/MnO2-based nanostructured electrodes. By three-dimensional (3D) conductive wrapping of graphene/MnO2 nanostructures with carbon nanotubes or conducting polymer, specific capacitance of the electrodes (considering total mass of active materials) has substantially increased by ～20% and ～45%, respectively, with values as high as ～380 F/g achieved. Moreover, these ternary composite electrodes have also exhibited excellent cycling performance with >95% capacitance retention over 3000 cycles. This 3D conductive wrapping approach represents an exciting direction for enhancing the device performance of metal oxide-based electrochemical supercapacitors and can be generalized for designing next-generation high-performance energy storage devices.     

MnOOH-石墨烯-泡沫镍自支撑复合电极的制备及其超级电容性能

采用气相沉积法和后续的电沉积法制备得到自支撑结构的MnOOH-石墨烯（graphene）-泡沫镍（NF）复合电极。使用XRD、SEM、XPS等方法对样品的物相、形貌和价态等进行表征,通过恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法对电极的电化学性能进行研究。结果表明:该方法可以成功制备得到具有自支撑结构的MnOOH-graphene-NF复合电极,超薄的graphene层均匀覆盖在NF的表面,微米球状的MnOOH纳米片紧密覆盖在graphene的表面。该自支撑复合结构可以直接用作超级电容器电极进行测试,在5 mol/L KOH溶液中表现出了较大的赝电容储存能力。在0.5 A/g的电流密度下,最大比容量可达934 F/g。当电流密度提高为5 A/g时,比容量仍达771 F/g。当电流密度为2 A/g时,循环5000次后的容量保持率高达98%,库伦效率接近100%,表现出了良好的超级电容性能。本实验提供了一种制备自支撑MnOOH-graphene-NF复合电极的新方法,该复合电极有望成为一种潜在的新型超级电容器电极材料。      

纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚苯胺气凝胶柔性电极复合材料的制备与性能

利用高长径比的纤维素纳米纤丝（CNF）与片层结构的氧化石墨烯（GO）形成的CNF-GO复合水凝胶经抗坏血酸还原制备出CNF-还原氧化石墨烯（rGO）复合水凝胶材料。通过冷冻干燥法得到CNF-rGO复合气凝胶,并进一步通过苯胺单体在CNF-rGO复合气凝胶的孔道内原位聚合制备出CNF-rGO/聚苯胺（PANI）气凝胶柔性电极复合材料。研究了不同苯胺、CNF和GO的质量比对CNF-rGO/PANI气凝胶柔性电极复合材料的结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,苯胺原位聚合后所得CNF-rGO/PANI复合气凝胶仍具有紧密的三维多孔网络结构。与rGO/PANI气凝胶电极复合材料相比,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料具有更理想的电容行为。当CNF与GO质量比为60∶40,PANI添加量为0.1 mol时,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料比电容可达85.9 Fg-1,且其电化学性能几乎不受弯曲程度的影响,展现出了良好的柔韧性和电化学性能。      

Ni2CoS4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯的制备及其在超级电容器中的应用

采用水热法制备Ni_2CoS_4活性材料,通过物理过程和水热反应将其与氧化石墨烯(GO)、水热多孔氧化石墨烯(HHGO)复合得到Ni_2CoS_4/还原氧化石墨烯/多孔还原氧化石墨烯(Ni_2CoS_4/RGO/HRGO)复合电极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安测试、恒流充放电测试和交流阻抗测试等,对复合材料的形貌结构、电化学性能进行了表征。研究结果表明:在1 A/g的电流密度下,其比电容为1 684 F/g,在5 A/g的电流密度下循环2 000次后,其比电容保持率为91.8%。Ni_2CoS_4/RGO/HRGO优良的电化学行为归因于这种复合结构使电解液对电极材料的润湿程度提高,进而提高了离子和电荷的传输速率,同时也缓解石墨烯、Ni_2CoS_4的团聚和循环过程中的体积变化。因此,Ni_2CoS_4/RGO/HRGO是一种有良好应用前景的高性能超级电容器电极材料。     

超级电容器用CeO_2-MnO/3D石墨烯复合材料的制备

以西瓜瓜瓤为碳源,采用两步碳化法制备三维石墨烯(3D-Fiberbased Graphene,3D G)材料,并使用水热法制备了CeO_2-MnO/3DG复合材料,以期获得比电容高,循环寿命好的石墨烯超级电容器电极材料。结果表明:3DG材料具有较高比表面积,最高可达到332m~2·g~(-1)。CeO_2-MnO/3DG复合材料具有三维导电网络结构,金属氧化物颗粒在石墨烯片层间生长均匀,粒径在10nm左右。电化学测试结果显示:在0.5 mol·L~(-1)的Na_2SO_4溶液中,电流密度1A·g~(-1),当摩尔比MnO∶CeO_2=4∶1,复合负载量在80%时得到的CeO_2-MnO/3D G复合材料拥有最高比电容,达308.5F·g~(-1),经过1 000次循环充放电测试比电容保持率为95.5%。CeO_2-MnO/3DG复合材料电化学性能的提高主要是因为两种金属氧化物复合负载与石墨烯的协同作用。     

Solution-processed graphene/MnO2 nanostructured textiles for high-performance electrochemical capacitors

Large scale energy storage system with low cost, high power, and long cycle life is crucial for addressing the energy problem when connected with renewable energy production. To realize grid-scale applications of the energy storage devices, there remain several key issues including the development of low-cost, high-performance materials that are environmentally friendly and compatible with low-temperature and large-scale processing. In this report, we demonstrate that solution-exfoliated graphene nanosheets (～5 nm thickness) can be conformably coated from solution on three-dimensional, porous textiles support structures for high loading of active electrode materials and to facilitate the access of electrolytes to those materials. With further controlled electrodeposition of pseudocapacitive MnO(2) nanomaterials, the hybrid graphene/MnO(2)-based textile yields high-capacitance performance with specific capacitance up to 315 F/g achieved. Moreover, we have successfully fabricated asymmetric electrochemical capacitors with graphene/MnO(2)-textile as the positive electrode and single-walled carbon nanotubes (SWNTs)-textile as the negative electrode in an aqueous Na(2)SO(4) electrolyte solution. These devices exhibit promising characteristics with a maximum power density of 110 kW/kg, an energy density of 12.5 Wh/kg, and excellent cycling performance of ～95% capacitance retention over 5000 cycles. Such low-cost, high-performance energy textiles based on solution-processed graphene/MnO(2) hierarchical nanostructures offer great promise in large-scale energy storage device applications.