三维SnO2/C/rGO复合纤维膜电极制备及储锂性能

三维(3D)纳米纤维复合膜电极结构设计,避免了电极片制备过程中导电剂、黏结剂的添加,增强了电解液的浸润能力,对改善锂离子电池容量及倍率性能具有重要的价值和意义.采用同步静电纺丝和静电喷雾技术,结合氩气煅烧技术,制备了3D网络结构SnO_2/C/rGO复合纤维薄膜电极.这种由一维(1D)SnO_2/C纳米线组合二维(2D)石墨片构成3D纳米复合纤维薄膜电极,一方面通过碳纤维连续包覆SnO_2颗粒,有利于缓解SnO_2充放电过程中剧烈的体积变化,增强其稳定性;另一方面通过碳纤维与二维石墨烯复合构成3D网络结构,有利于改善纤维膜电极的导电性,进而提高其倍率性能.研究表明,制备的SnO_2/C/rGO复合纤维膜电极展示了其优良的放电容量、倍率性能及循环稳定性.于电流密度为0.4、0.8、1.6、2.4和4 A·g~(-1)时,10次循环后放电容量分别达到797、659、626、534和468 mAh·g~(-1),且当电流密度回落至0.4 A·g~(-1)时放电容量可恢复到709 mAh·g~(-1);4 A·g~(-1)充放电540次电极容量仍可达457 mAh·g~(-1),库伦效率接近100%.     

锂硅电池负极材料G-Si的制备及电化学性能

硅是一种具有应用前景的负极材料。为了解决在电化学循环过程中由于硅电极体积变化较大、导电性比较差而造成负极材料比容量迅速衰减及其循环性能不稳定的问题,本研究利用溶胶-凝胶法,经过镁热反应制得具有三明治结构的负极材料石墨烯-硅-石墨烯;通过实验研究发现负极材料G-Si-1:1具有较好的电化学性能,在电流密度为0.1 A/g时首次放电比容量为1150 m A·h·g~(-1),循环100周时放电比容量为534.2 m A·h·g~(-1)。负极材料石墨烯纳米片负载硅纳米颗粒的合成路线较为简单,并且具有较高的放电比容量和较好的循环性能,在未来具有较好的应用前景。     

MnO_2/MWCNTs/GO/PANI复合电极材料的制备及其电化学性能的研究

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,并通过原位聚合法将二氧化锰修饰的聚苯胺嫁接到多壁碳纳米管作载体的氧化石墨烯上,制备出新型复合电极材料。使用X射线光电子能谱,扫描电镜及电化学工作站对复合电极材料的形貌、结构进行了研究,通过循环伏安、交流阻抗、循环稳定性测试,表征出复合电极材料的电化学性能,并与未掺杂石墨烯的MnO_2/PANI/MWCNTs电极材料进行了对比。结果表明,引入石墨烯的电极材料的比电容有较大的提升,达到了1 365 F·g~(-1)。     

二氧化铅/石墨烯电极的制备及其电化学性能

采用沉淀结合法,制备二氧化铅/石墨烯(β-PbO₂/rGO)复合材料.通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、场发射电子扫描显微镜(FESEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和比表面积分析仪研究该复合材料的结构、形貌和比表面积,利用电化学测试技术研究β-PbO₂/rGO复合电极和纯β-PbO₂电极的电化学性能.结果表明:在复合材料中,纳米β-PbO₂较均匀地分散在rGO片表面,β-PbO₂/rGO复合材料比纯β-PbO₂具有更大的比表面积;复合电极因具有更多的反应活性位点,电化学反应速度较快;在不同的电流密度下,β-PbO₂/rGO电极的质量比容量比纯β-PbO₂电极高,证明复合电极具有比纯β-PbO₂电极更好的电化学性能.     

MOFs衍生多孔碳/MnO_2复合材料及其在超级电容器中的应用

利用高比表面积、大孔隙率金属有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)作为牺牲模板,制备了MOFs(ZIF-8)衍生多孔碳材料(PCs),以其作为导电基底,在表面生长金属氧化物MnO_2,获得MnO_2/PCs复合材料并将其应用在超级电容器中.制备的复合材料具有良好的电化学电容性能,在三电极体系中,1 A·g~(-1)的电流密度下比电容可达199 F·g~(-1),经过2 000次充放电循环后,比电容仍能保持初始值的80%.使用MnO_2/PCs复合材料作为正极,PCs作为负极,组成的非对称型电容器MnO_2/PCs//PCs具有优异的电化学储能性能,在950 W·kg~(-1)的功率密度下,能量密度高达10.16 Wh·kg~(-1);而且当功率密度上升为9 500 W·kg~(-1)时,能量密度仍可以保持4.48 Wh·kg~(-1).     

三维石墨烯/氢氧化镍纳米复合材料的制备及电容性能研究

利用电化学沉积法制备三维石墨烯/氢氧化镍纳米Ni(OH)2/3DGR复合材料,通过扫描电镜对样品进行微观形貌表征;在1.0 mo L/L KOH溶液中利用循环伏安和恒电流充放电等方法对纳米复合材料修饰电极进行电化学性能测试.在2 m A/cm2的电流密度下Ni(OH)2/3DGR的比电容达到43.70 m F/cm2;1000次循环充放电测试表明该复合材料具有较长的使用寿命和稳定性,比电容保持率达到79.3%.因此三维石墨烯/纳米氢氧化镍复合材料可以做为一种很好的超级电容器材料.     

碳纳米花的制备及其电化学表征

以醋酸纤维素(CA)为碳源,氧化锌纳米花为模板,通过高温炭化方法制备了碳纳米花材料(CNF).采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和拉曼光谱等方法对所制备的碳纳米花的结构和形态进行了表征,并通过三电极体系对碳纳米花材料的电化学性能进行了研究.结果表明,该电极材料在1A·g~(-1)的电流密度下比电容可达229.7F·g~(-1),同时显示出优异的倍率性能,在电流密度为100A·g~(-1)下比电容仍然保持初始值的78.4%,并且该材料具有超高的循环稳定性,经过6 000圈恒电流充放电循环,比电容保持了初始值的100%.     

三维炭/还原氧化石墨烯纳米片的制备及其电化学性能

采用水热合成法,将间苯二酚甲醛树脂涂覆在还原氧化石墨烯片层上,经冷冻干燥及炭化后构筑三维炭/还原氧化石墨烯纳米片。使用SEM、TEM、FTIR、XPS等对样品的形貌与结构进行表征,利用循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗法测试了样品的电化学性能。结果表明,间苯二酚甲醛树脂成功将还原氧化石墨烯片包覆,二者构筑的三维炭/还原氧化石墨烯复合纳米片厚度为25nm;当循环伏安测试扫描速率为20mV/s时,三维炭/还原氧化石墨烯纳米片电极材料的比电容分别为还原氧化石墨烯与间苯二酚甲醛树脂炭电极材料相应值的1.8和2.8倍;在0.2A/g的充电电流密度下,三维炭/还原氧化石墨烯纳米片电极材料比电容为154.4F/g。     

Ag修饰的多孔Co(OH)2纳米阵列薄膜的制备及其性能

采用水热沉积法和化学还原法制备银修饰的多孔氢氧化钴纳米阵列薄膜,使用X光衍射仪和扫描电镜对样品进行表征.性能测试结果表明,Co(OH)_2/Ag复合材料具有优异的循环稳定性,1 200次循环后其比电容仍然保持869.2F·g~(-1),比氢氧化钴纳米阵列薄膜高出155F·g~(-1).     

制备3D-MnO_2/Ni复合材料并运用于高性能超级电容器

在过渡金属氧化物中,二氧化锰(MnO_2)是法拉第电容器的重要电极材料,因其具有易得、价廉、无毒、环境友好等优点,近年来一直是电化学储能电极材料的研究热点.以Ni网为基底,通过一步电化学沉积的方法制备了具有球形结构的MnO_2粒子,基底良好的导电性以及复合材料的3维结构使得在电化学反应时增加了电极材料与电解液的接触面积,因而使得电极的电化学性能大幅度提高:该电极在200 mA·g~(-1)的电流密度下的首次放电比电容达到146.9 F·g~(-1),且经过1 000次循环后,比电容保持率为91.1%,显示出较高的放电比容量和良好的循环性能.     

高电化学性能聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合材料的合成

聚苯胺纳米纤维(PANI-F)与氧化石墨烯(GO)经组装后,进行水热反应,制备了PANI-F/rGO(还原的氧化石墨烯)复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM),傅立叶红外光谱仪(FT-IR),X射线粉末衍射仪(XRD)对样品形貌和结构进行表征;同时,借助循环伏安(CV),恒电流充放电(GCD),交流阻抗(EIS)对样品的电化学性能进行了测试.结果表明:rGO均匀包裹在PANI-F表面,在1M H2SO4的电解液中,当电流密度为1A/g时,PANI-F比电容为378F/g,而PAGO10(PANI与GO的质量比为10∶1),比电容达517F/g;且当电流密度10 A/g时,PAGO10的比电容为356 F/g,而PANI-F的比电容仅为107F/g.     

水热法制备凹凸棒黏土-Mn_3O_4及其电化学性能研究

将水热法制备的负载型凹凸棒黏土-Mn_3O_4(Att-Mn_3O_4)复合材料用做超级电容电极材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)测试对材料的物相及形貌进行了表征.发现Mn_3O_4基本呈棒状结构,较好地分散负载在凹凸棒黏土表面.以该复合材料为活性物质制成电极,采用循环伏安、恒流充放电等电化学方法考察其电化学性能,结果表明:在0.5 mol·L~(-1)的Na_2SO_4溶液中,0~1.0 V扫描电位范围内,其循环伏安曲线矩形特征明显;在0.5 A·g~(-1)电流密度下,电容器充放电性能的最佳电位范围为0~1.0 V,比电容和储能密度达到最大值分别为80.25 F·g~(-1)和250.80 W·kg~(-1),而纯Mn_3O_4电极材料的比电容为40.80 F·g~(-1).可见凹凸棒黏土的加入可以明显提高其电化学性能.恒电流充放电性能测试表明,该复合材料具有较好的电化学稳定性,有望成为一种新型的超级电容器电极材料.     

超级电容器电极材料RP/GCNs的制备及性能

以红磷(RP)和石墨相氮化碳纳米片(GCNs)为原料,通过水热法制备了超级电容器电极材料RP/GCNs。采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学工作站对所得材料进行了表征和电化学性能测试。结果表明:由于RP具有高的电荷存储容量,当RP与GCNs质量比为0.7∶1时,得到的PGCNs-7电化学性能提升最明显,在1.0 A·g~(-1)的电流密度下其比电容值可达591.6 F·g~(-1);由于GCNs高电导率以及良好的化学稳定性,PGCNs-7经过4 000次充放电循环后仍能保留87.7%的比电容,展现了良好的倍率性能与循环稳定性。     

石墨烯/TiO_2复合材料的制备及其光催化性能的研究

利用超声法制备石墨烯/TiO_2光催化复合材料,通过XRD、SEM、紫外漫反射对合成的系列样品进行表征,结合光催化降解罗丹明B(RhB)实验得出最佳复合条件:复合比例为1∶40,超声时间为60 min,复合温度为200℃.通过5次重复利用实验得出石墨烯/纳米TiO_2复合材料具有可见光催化稳定性.通过对石墨烯/TiO_2光致发光光谱和不同捕获剂存在下石墨烯/TiO_2光催化降解染料实验的研究,表明在石墨烯/半导体氧化物可见光催化反应过程中·OH自由基起主要的光催化作用,空穴起辅助的催化作用.     

海藻酸水凝胶法制备锂离子电池Si/rGO/C负极材料及其电化学性能

硅材料具有高理论比容量(4 200mAh/g),是最具希望的下一代锂离子电池负极材料之一,但是硅材料巨大的体积效应(300%)和较差的导电性严重影响其电化学性能,阻碍其实际应用.为此,采用海藻酸水凝胶充当固定剂和碳源,将硅纳米颗粒和氧化石墨烯进行组装,制备了硅/还原氧化石墨烯/碳(Si/rGO/C)复合材料,采用粉末X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、热重分析(TGA)、比表面积测试、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征材料的结构、化学组成及形貌,并对材料进行电化学性能测试.结果表明:rGO在复合材料内部构建了分散良好的导电网络,Si纳米颗粒填充在导电网络中并通过碳层牢固地锁定在rGO片层上.rGO与碳层的复合作用有效缓冲了Si纳米颗粒在充放电时的体积变化,并且显著提高了复合材料的导电性,因此,Si/rGO/C复合材料用作锂离子电池负极时表现出优异的电化学性能:以1.0A/g电流密度循环100圈,保持约1 000mAh/g的高可逆比容量以及77.6%的容量保持率.     

氟掺杂钛酸锂纳米片的制备及其电化学性能

采用一步水热法合成了氟掺杂钛酸锂纳米片,通过扫描电镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等手段对其进行表征,并研究其电化学性能.结果表明:氟的掺入对钛酸锂纳米片的结构没有影响,氟掺杂钛酸锂纳米片的倍率性能和循环稳定性优于钛酸锂纳米片;在5A·g~(-1)的电流密度下,F掺杂样品的比容量达101mA·h·g~(-1),在2A·g~(-1)的电流密度下循环1 000次后材料仍具有120mA·h·g~(-1)的比容量,容量保持率为86.2%.     

聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

针对聚苯胺作为赝电容超级电容器电极材料时存在循环稳定性差的问题,设计利用还原氧化石墨烯纳米卷包裹聚苯胺纳米纤维.采用高沸点有机溶剂辅助冷冻干燥法制备了聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱分析仪、傅里叶变换红外光谱以及X-射线衍射等对该复合材料的形貌、组成和结构进行表征,并采用循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗等方法对其电容性能进行研究.结果表明,利用高沸点有机溶剂辅助冷冻干燥法能够成功将聚苯胺纳米纤维包裹进氧化石墨烯纳米卷中,最终将氧化石墨烯还原后得到聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料;该复合材料经过5 000次循环充放电后电容量保持率达到75%;当复合材料中的聚苯胺纳米纤维质量分数为67%时,该复合材料在2.2A/g的电流密度下,质量比电容达到639F/g,表现出优异的电容性能.     

RGO/NiCo_2O_4复合电极材料制备及电化学性能研究

采用层-层自组装法制备了前驱体RGO/Ni-Co@Ni-foam(泡沫镍负载石墨烯/镍-钴金属化合物),并在高温下煅烧得到RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合电极材料。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及能谱仪对多孔RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合材料进行结构表征,并通过循环伏安、恒流充放电等测试方法考察了其作为电极材料的电化学性能。结果表明,制备的多孔RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合电极材料的比电容在电流密度为0.5A/g时可达到444F/g,并且在经过1 000次循环实验后,比电容仍有342F/g。这表明多孔RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合材料在超级电容器领域具有广阔的应用前景。     

离子液体-三维石墨烯复合材料修饰电极的制备及其电容性能的研究

利用水热还原法制备了多孔三维石墨烯(3DGR),按不同质量比将其和离子液体(IL)[BMIM]PF_6混合后制备IL-3DGR复合材料,滴涂于玻碳电极(GCE)表面制备出相应的修饰电极(IL-3DGR/GCE).运用循环伏安法、交流阻抗法和恒电流充放电法测试了复合材料的电化学性能,考察其电容性能的优劣.结果表明3DGR与[BMIM]PF_6质量比为1∶125的复合材料的性能最佳.在1.0 mol·L~(-1)KOH溶液中,以0.15 m A·cm~(-2)电流密度进行1000次充放电循环测试,其最终比电容量为2.46m F·cm~(-2),容量保持率达82.02%,表现出较好的电容性能.     

Ag_2WO_4超级电容器电极材料的电化学特性

以Ag_2WO_4为电化学活性材料,采用压片法制备超级电容器电极材料.通过X射线衍射仪、扫描电镜、电化学工作站等实验方法,辅以密度函数理论(DFT)计算,对Ag_2WO_4电极材料进行表征.K~+离子嵌入Ag_2WO_4晶体在循环伏安模式下比电容最大能够达到1 344.7F·g~(-1);在恒流充放电模式下最大可达到182.0F·g~(-1).实验结果表明:基于K~+离子嵌入/脱嵌机制的Ag_2WO_4电极材料在1 M KOH电解液中可展现良好的循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗等电化学特性,具有较高的充放电循环稳定性和比电容保持率.