Electrophoretic co-deposition of Bi2O3–multiwalled carbon nanotubes coating as supercapacitor electrode

Nafion is suggested as an efficient assistant in preparing supercapacitor by employing nanoparticles. In this work, using a bi-additive of 0.10-mM NaOH + 0.10 g L⁻¹ Nafion, Nafion-assisted electrophoretic co-deposition of Bi₂O₃–multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) coating is successfully realized in ethanol solvent. The capacitance performances of the electrophoretic coatings in 6.0-M KOH electrolyte are investigated by cyclic voltammetry and galvanostatic charge–discharge techniques. Comparing with Bi₂O₃ coating prepared with electrophoretic deposition (EPD) by employing other additive (such as polyethyleneimine), the Bi₂O₃ coating prepared by Nafion-assisted EPD shows a better capacitance performance. Benefiting from the improvement in coating conductivity caused by MWCNTs, with a small additional amount of 4.0 wt.%, the Bi₂O₃–MWCNTs coating exhibits an amazing 164% increase of mass-specific capacitance (473 F g⁻¹ at the current density of 1.0 A g⁻¹) in comparison with pure Bi₂O₃ coating (179 F g⁻¹ at the current density of 1.0 A g⁻¹). The cyclic stability test exhibits excellent capacitance retention of 88.7% over 3000 cycles at a constant current density of 10.0 A g⁻¹. This work combines the advantages of MWCNTs, Nafion, and EPD to provide a facile route for preparing Bi₂O₃-based coating as a high-performance supercapacitor electrode.     

炭化叶脉网络生长MOFs材料制备透明超级电容器

可穿戴和便携式电子设备迫切需要发展透明超级电容器等电化学储能器件。炭化树叶叶脉由连续的碳纤维网络构成,具有非常好的透明性,且兼具导电性好和质量轻的优点。本文以炭化菩提树叶叶脉网络为集流体,通过溶剂热法在其上原位生长了Ni/Co混合金属-有机框架材料（Ni/Co-MOF）。炭化叶脉的连续碳纤维网络有利于电子连续传输及电解液的输运;Ni/Co-MOF中混合金属中心有利于提供更多的电化学位点存储电荷。所制备的炭化叶脉网络@Ni/Co-MOF透明电极在1mA/cm²电流密度下表现出1.15F/cm²的高面积容量,经过1000次循环后,容量保持率为105.4%,仍具有良好的循环稳定性。以炭化叶脉网络@Ni/Co-MOF和炭化叶脉网络@活性炭组装成非对称透明超级电容器,在1.6V的大电势窗口、1mA/cm²的电流密度下,得到的面积容量为0.47F/cm²、面积能量密度为0.61W·h/cm²;并具有良好的循环稳定性,在循环300圈后,容量保持率为93.6%。炭化叶脉网络@MOF材料的方法将为制备透明功能器件如传感器、光电器件、太阳电池和锂离子电池等应用提供了新途径。     

基于阴离子交换反应的NiMn-LDH电极电容性能提升研究

采用一步水热法在泡沫镍网上原位生长镍锰基层状双氢氧化物（NiMn-LDH）纳米片阵列电极,并通过氢氧化钾溶液中浸泡的方式提升电极的容量。采用SEM、XRD、TEM和XPS等手段对浸泡前后的电极材料进行表征。结果表明,在浸泡前后NiMn-LDH电极的形貌没有变化,但在电极材料内部发生了明显的CO₃^2-和OH^-的交换反应,降低体积较大的CO₃^2-在LDH层间的分布数量,使层内空间成为OH^-的“蓄水池”,缩短了电荷存储过程中OH^-的迁移距离,因此电容性能有了明显提升。电化学测试结果表明,在5 mA/cm²电流密度下,电极的比电容从18.0 F/g增加至766.6 F/g（1.69 F/cm²）。将该电极与活性炭组装的全固态不对称超级电容器在功率密度为900 W/kg时,可呈现的能量密度为35.9 W·h/kg,并且器件的循环稳定性良好。     

杂原子掺杂生物质基炭材料的研究进展

生物质基炭材料具有低成本、来源广泛、导电性良好和电化学稳定性好等优点,通过杂原子掺杂,生物质基炭材料的性能得到进一步的提升。本文总结了杂原子引入生物质基炭材料的方法（原位掺杂和扩散掺杂）及其各自的优缺点,简述了杂原子掺杂的种类（氮掺杂、氧掺杂、磷掺杂、硫掺杂、卤素掺杂和多元素共掺杂）及杂原子掺杂对生物质基炭材料结构与性能的影响,综述了目前杂原子掺杂炭材料在能源存储、吸附分离、催化氧化等领域的应用状况,并对杂原子掺杂生物质基炭材料的发展方向进行了展望。     

棒状V3O7?H2O电极材料的制备及印刷超级电容器

以五氧化二钒（V2O5）为原料,利用溶剂热法一步制备一水合七氧化三钒（V3O7?H2O）纳米棒,以V3O7?H2O纳米棒为电极材料,探究丝网印刷工艺对电极电化学性能的影响,结合丝网印刷制备电极并组装超级电容器。采用SEM、EDS、XPS、FTIR等对样品的形貌与结构进行表征,结果表明已成功制备V3O7?H2O纳米棒。在电化学测试中,丝网印刷电极比电容可达268.0 F/g（电流密度为0.3 A/g）,经过5000次循环后比电容保持率85.9%,优于涂抹电极的比电容（246.0 F/g）和比电容保持率（68.0%）,这得益于丝网印刷的油墨规则排列的结构。此外,组装的纽扣超级电容器同样表现出优异的电化学性能,比电容和电容保持率为134.2 F/g（0.5 A/g电流密度）和91.2%（5000次充放电循环）,且当功率密度为413.0 W/kg时,能量密度最高可达22.0 W?h/kg。本研究为后续印刷储能器件的研究提供了一条可供借鉴的思路。     

有机电解液聚苯胺-炭混合电容器性能研究

采用化学氧化法合成盐酸掺杂聚苯胺,经NaOH溶液去掺杂后制得本征态聚苯胺(PANI)。以PANI为正极材料,活性炭为负极材料,使用1 mol/L LiPF6/(DMC+EC)有机电解液组装了混合电容器。通过循环伏安、交流阻抗、恒流充放电、循环寿命及漏电流等手段,对混合电容器的电化学性能进行了测试。结果表明,充电截止电压在1.5 V时,电容器比容量最高可达36.0 F/g,1 100次充放电循环后比容量保持在初始容量的94.2%。     

LiMn2O4/活性炭复合材料的电化学性能研究

制备了不同比例的活性炭复合LiMn2O4电极材料,研究其在1mol/L Li2SO4溶液中的电化学性能.循环伏安结果表明复合后电极材料的电容包含活性炭的双电层电容和LiMn2O4电化学反应的法拉第电容,复合后响应电流在0～0.6V范围内有所增加,且含80%活性炭时响应电流达到最大;恒流充放电结果表明含80%活性炭时的放电曲线也基本呈直线,表现出较好的电容特性,仅复合了20%的LiMn2O4,其容量却增加了25%;交流阻抗结果表明含80%活性炭的复合电极的溶液欧姆电阻仅为0.1Ω,呈现出更理想的电容行为.     

储能技术在分布式发电中的应用

简要介绍了分布式发电的发展现状,分析了储能技术在分布式发电中的作用。重点介绍了飞轮储能、超导储能、蓄电池储能和超级电容器储能在其中的应用,分析了各自的优缺点和发展前景。     

石墨烯掺杂对木质素基碳纳米纤维电化学性能影响的研究

以木质素为硫源和碳源,聚丙烯腈为氮源和助纺剂,经静电纺丝、碳化和活化等步骤成功制备出了N、S共掺杂的碳纳米纤维。同时在纺丝液中掺杂石墨烯(GNs),利用GNs对N、S的吸附固定作用,提高碳纤维中杂原子含量,以该碳纳米纤维材料为活性物质,制备得到超级电容器。结果表明,制备的超级电容器在以6 mol/L KOH为电解液的双电极系统中具有良好的电化学性能,GNs掺杂前后超级电容器比电容从114.6 F/g增大到253.4 F/g,等效串联电阻从24.1Ω减少到6.8Ω,能量密度从3.96 Wh/kg提高到8.99 Wh/kg。