弱结晶二氧化锰超级电容器充放电分析

以等物质的量的高锰酸钾和乙酸锰为原料,采用机械化学法制备出弱结晶型α-MnO2超级电容器电极材料.在1.2V电压内,200mA·g-1电流密度下对对称型超级电容器进行恒流充放电测试.采用XRD法、循环伏安及交流阻抗法对充放电前后电极材料的结构以及电化学性能进行表征,首次采用求斜率法对充放电曲线分析.结果表明:超级电容器表现出法拉第电容与双电层电容的双重特征;在循环过程中,电化学惰性物质Mn3O4生成,循环伏安图中氧化还原峰逐渐消失;充放电曲线的法拉第电容特征逐渐消失而接近双电层电容理想曲线;超级电容器的比容量、等效串联电阻发生了对应的变化,其最大电极比容量达到416F·g-1,经过近500次循环后,比容量为220F·g-1.     

可生物降解的明胶基凝胶电解质超级电容器

可生物降解的凝胶电解质超级电容器是一种绿色的能源储存装置。制备了戊二醛交联明胶-Na Cl凝胶电解质(CGPE),并与聚吡咯不锈钢电极组装成超级电容器。通过FTIR、SEM表征了CGPE的结构和形貌,电化学工作站测试了CGPE的电导率和超级电容器的比电容值。结果表明:CGPE有均匀分布的纳米孔洞结构,在室温下,CGPE的离子电导率为5.24×10~(-2)S/cm,组装的超级电容器比电容值为45.8 F/g。可生物降解的凝胶电解将为植入能源装置提供可能。     

PAN基凝胶聚合物电解质超级电容器的研究

制备了PAN基凝胶聚合物电解质及PAN基凝胶聚合物超级电容器.采用交流阻抗法测量了凝胶聚合物电解质的离子电导率.采用交流阻抗、循环伏安、恒流充放电等测试方法研究了凝胶聚合物电解质超级电容器的性能,并对交流阻抗谱进行了模拟分析.结果表明,PAN基凝胶聚合物电解质的电导率在室温下可达7.54m s.cm-1,以活性炭为电极材料,内聚合的方式制备的PAN基凝胶聚合物电解质电容器的工作电压可达2.5V,内阻为8.92-12.6Ω.cm2,比容量达20.6 F/g(i=0.5 mA/cm2).     

柔性共面超级电容器电极印制及性能

 柔性全固态超级电容器作为便携式、可穿戴电子的储备电源备受青睐。利用印刷电子大面积、柔性化的独特优势可大大简化柔性电极的制作工艺,以活性炭为活性材料配制油墨,并结合导电银浆,采用丝网印刷方式套印制作了柔性超级电容器电极,并将PVA-H₂SO₄凝胶作为电解质涂覆在活性电极上组装成柔性共面超级电容器,测试其电化学性能。结果表明,丝印柔性超级电容器电极可成功应用于柔性共面超级电容器。当采用PVA-H₂SO₄凝胶作为电解质时工作电压可达0.8 V。当充放电电流为0.2 mA时,柔性共面超级电容器的面积比电容达到18 mF·cm^-2。     

用于超级电容器电极材料的球形炭气凝胶

以2,4-二羟基苯甲酸(D)和甲醛(F)为原料,碳酸钾(C)为催化剂,采用溶胶-凝胶和乳液聚合的方法合成出球形炭气凝胶。利用SEM、粒径分布和BET测试法对样品的形貌和孔结构进行了分析。以制备的球形炭气凝胶作为超级电容器电极材料,利用恒流充放电研究其电容特性,考察了干燥方式和n_D/n_C对比电容的影响。结果表明,超临界干燥下,n_D/n_C为100的样品具有467m²/g的比表面积,孔径主要分布在2.5nm左右,在充放电电流密度为50mA/g时的比电容可达142F/g,该电极具有较好的循环性能和功率特性.     

超级电容器电极材料研究进展

超级电容器因其高功率密度、长循环寿命,兼具传统电容高功率密度和电池高能量密度的优点,引起了人们的极大关注.超级电容器电极材料种类繁多,按储能原理可以分为双电层超级电容器、赝电容超级电容器和电池型超级电容器三类.双电层超级电容器介绍了几类主流的双电层电极材料的研究现状,同时很多研究者将赝电容电极材料和电池型电极材料混为一谈,本文对这两类材料的不同从原理上进行了区分,介绍各自的代表性材料,最后展望了超级电容器电极材料未来发展趋势.     

氢氧化钾活化法制备淀粉活性炭电极材料

以KOH为活化剂、氧化交联淀粉为原料制备了超级电容器用电极材料.最佳工艺条件是:活化温度850℃,活化保温1.5 h,碱炭质量比为2∶1.在该条件下制备的淀粉活性炭具有较高的比表面积(1 493.9 m2/g)和高比容量(218 F/g).通过氮吸附表征其孔结构.以其作为电极材料组装在模拟超级电容器中进行充放电性能和循环伏安法测试,在300 mg/g KOH水系电解质溶液、较高电流密度下,最佳制备工艺条件下所制备的活性炭表现出较好的电容特性.     

氧化-活化处理的超级电容器用高比电容活性炭

通过对普通颗粒活性炭采取不同优化工艺处理,发现经空气预氧化后,再用混合酸(磷酸+硫酸)或氢氧化钾进行活化处理,可得到高比电容超级电容器用活性炭.红外光谱和氮吸脱附分析表明:预氧化处理并没有明显增加其表面官能团,但有利于疏通孔道,提高活性炭的有效孔容积;混酸和强碱活化处理明显丰富活性炭的表面电活性基团,并且增大材料的比表面积.采用交流阻抗、循环伏安、恒流充放电等电化学方法对活化材料进行超级电容行为测试,表明经氧化-活化处理的活性炭电极传荷阻抗小、电容特征显著,循环性能稳定.在1.0 A/g电流条件下,经过空气氧化-混酸活化处理的活性炭(POAC_A)电极比容量为187 F/g,空气氧化-碱活化处理的活性炭(POAC_B)电极比容量达到206F/g.     

掺钴锰酸锂的合成及在水系电解液中的赝电容性能

采用尿素辅助溶胶凝胶法合成了尖晶石型掺钴锰酸锂(L iMn2-xCoxO4,0≤x≤0.3)纳米颗粒.以L iMn2-xCoxO4电极为正极,活性炭(AC)电极为负极,在1 mol.L-1L i2SO4水系电解液中组装成模拟非对称超级电容器AC/L iMn2-xCoxO4,通过循环伏安和恒流充放电法研究其赝电容性能.电化学测试结果表明,随着钴掺杂量的增加,AC/L iMn2-xCoxO4电容器的比电容呈下降趋势,但循环性能得到改善;其中AC/L iMn1.9Co0.1O4电容器展现出较大的比电容和较好的循环性能.在L i2SO4水系电解液中,当工作电压为(0-1.4)V、电流密度为100 mA.g-1时,AC/L iMn1.9Co0.1O4电容器的初始比电容为42.6 F.g-1;经1 000次循环后比电容为40.8 F.g-1,比电容保持率为95.8%.     

稻草秸秆基活性炭的制备及其电化学性能

以稻草秸秆为原料,在N_2气氛下,采用预碳化-碱活化的方法制备了活性炭材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N_2吸附-脱附等手段进行表征.结果表明,当活化温度为700℃时,制备的活性炭比表面积为2 743 m~2/g.将其用于超级电容器的电极材料显示了较好的性能,当电流密度为5 A/g时,比电容可达到380 F/g,循环充放电1 000次后,比电容值约为首次比电容的85%,具有较好的循环稳定性.     

六氟磷酸电解液在超级电容器中的电化学性能研究

采用一种具有潜在应用价值的1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐作超级电容器的电解液,与活性炭电极组装成模拟超级电容器,与其他两种有机电解液进行循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学性能的比较.结果显示,1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸酸盐(FMI-PF6)在循环性能、恒流充放电及高电压放电等方面优于甲基三乙基铵六氟磷酸盐(N...     

LiODFB-LiPF6基电解液与活性炭电极的相容性研究

在活性炭超级电容器体系中,研究LiODFB与LiPF6组成的复合盐电解液与活性炭电极的相容性规律.研究结果表明:在LiODFB基电解液中加入LiPF6电解质盐能显著提高电解液的电导率;LiODFB-LiPF6复合盐电解液与活性炭电极材料有较好的相容性,但LiPF6浓度过大不利于双电层电容特性的发挥;在电解液中加入少量的LiPF6可有效增加双电层电容量;当LiPF6浓度为0.2 mol/L时,电容器容量达到最大;不添加LiPF6的纯LiODFB盐电解液的容最大,且l 500次循环的容量保持率超过96%.     

高力学性能及高导电性的防冻有机水凝胶电解质

由于水凝胶电解质的力学性能差且水在低温下会结冰,限制了水凝胶电解质在储能器件和电子导体方面的应用。加入大豆分离蛋白,以丙烯酰胺和甲基丙稀酰乙基磺基甜菜碱为单体,在二甲基亚砜/H₂O的混合溶液和氯化锂的存在下,通过自由基聚合制备了高力学性能、高导电性的防冻有机水凝胶。其具有良好的电导率(最高37.5 mS/cm)、良好的力学性能(最大应力69 kPa,最大应变762.5%)、优良的韧性和抗疲劳性能,对应变和温度具有良好的响应性、宽的传感窗口及稳定性,具有应用于传感器领域的潜力。另外,所制备的超级电容器在20 ℃和-20 ℃均表现出良好的电化学性能,20 ℃时,0.2 A/g电流密度下,超级电容器的比电容为62.1 F/g,5 A/g 的高电流密度下,比电容仍有30 F/g;同时具有良好的抗冻性能和循环稳定性,-20 ℃时,0.5 A/g电流密度下,超级电容器循环10 000圈后仍能保持20 ℃下容量的92%。     

Development of N-doped carbons from zeolite-templating route as potential electrode materials for symmetric supercapacitors

N-doped carbons were fabricated from zeolite-templated carbon via modification with melamine and mild KOH activation. The N-doping treatment and KOH activation slightly lowered the surface areas of pristine zeolite-templated carbon; nonetheless, N-doped carbons with a lower surface area exhibited much higher capacitance and cycling stability as fabricated into symmetric supercapacitor. Significantly, N-doped carbon obtained at 700℃ showed a capacitance of 45.7 F/g at 0.1 A/g and 42.0 F/g at 10 A/g for the fabricated supercapacitor with 6 M KOH electrolyte, with 92% retention of initial capacitance as current density increased up to 100-fold. This performance was attributed to the dual contribution of electric double-layer capacitance and pseudo-capacitance. The assembled supercapacitor also exhibited excellent cycling stability, with 91% capacitance retention at 10 A/g after 10000 cycles.     

聚苯胺纳米纤维的界面聚合法合成及电化学电容行为

利用盐酸和四氯化碳的水/油两相界面,通过界面聚合法合成具有良好纳米纤维结构的聚苯胺,用这种聚苯胺纳米纤维为活性物质制备电极,以1 mol/L H2SO4水溶液为电解液组装超级电容器,通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等技术研究其电化学电容行为。研究结果表明,合成的聚苯胺的直径为50～100 nm,长度为500nm至几微米不等,且纤维之间相互交织缠绕,形成网状形貌;聚苯胺纳米纤维电极材料的功率特性与循环性能优于用传统化学氧化法合成的颗粒状聚苯胺材料的性能,在5 mA放电电流下,其比电容可达317 F/g,20mA放电电流下比电容仍维持300 F/g左右,500次循环容量衰减在4%以内。     

Flexible supercapacitor electrodes with vertically aligned carbon nanotubes grown on aluminum foils

In this work, vertically aligned carbon nanotubes (VACNTs) grown on aluminum foils were used as flexible supercapacitor electrodes. Aluminum foils were used as readily available, cheap and conductive substrates, and VACNTs were grown directly on these foils through chemical vapor deposition (CVD) method. Solution based ultrasonic spray pyrolysis (USP) method was used for the deposition of the CNT catalyst. Direct growth of VACNTs on aluminum foils ruled out both the internal resistance of the supercapacitor electrodes and the charge transfer resistance between the electrode and electrolyte. A specific capacitance of 2.61 mF/cm2 at a scan rate of 800 mV/s was obtained from the fabricated electrodes, which is further improved through the bending cycles.     

乙腈、碳酸丙烯酯电解液超级电容器性能研究

以活性炭作活性物质,用循环伏安、交流阻抗等方法测试了乙腈及碳酸丙烯酯的1mol/L高氯酸锂溶液(1mol/L的LiClO4/AN和LiClO4/PC)作电解液的超级电容器性能,根据乙腈电解液内阻小、比容量大、碳酸丙烯酯电解液循环和保压性能优秀的特性,将2种电解液混合,测试了混合电解液的电导率,等体积比混合的混合电解液(1mol/L的LiClO4/AN PC)电导率达15.8mS/cm2.应用于超级电容器后,大电流放电性能和比容量与LiClO4/AN电解液体系接近,而在循环性能、漏电流和电压保持能力方面较之有大幅提高.     

Capacitance, charge dynamics, and electrolyte-surface interactions in functionalized carbide-derived carbon electrodes

This study analyzed the dynamics of ionic liquid electrolyte inside of defunctionalized, hydrogenated, and aminated pores of carbide-derived carbon supercapacitor electrodes. The approach tailors surface functionalities and tunes nanoporous structures to decouple the influence of pore wall composition on capacitance, ionic resistance, and long-term cyclability. Quasi-elastic neutron scattering probes the self-diffusion properties and electrode-ion interactions of electrolyte molecules confined in functionalized pores. Room-temperature ionic liquid interactions in confined pores are strongest when the hydrogen-containing groups are present on the surface. This property translates into higher capacitance and greater ion transport through pores during electrochemical cycling. Unlike hydrogenated pores, aminated pores do not favorably interact with ionic liquid ions and, subsequently, are outperformed by defunctionalized surfaces.     

黄铁矿型FeS2纳米微球的制备及其超级电容性能研究

采用简单的溶剂热法, 一步合成黄铁矿型FeS₂纳米微球, 并研究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。用 X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和氮气吸脱附法表征材料的结构和形貌, 通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学交流阻抗(EIS)测试材料在3种常见电解液(6M KOH, 6M NaOH和1M Na₂SO₄)中的超级电容性能。结果表明, 产物为均匀的黄铁矿型FeS₂纳米微球, 直径为300~600 nm, 均呈现明显的赝电容特征。电解液为KOH时, 比电容最高, 电流密度为2 A/g时, 比电容达到732.9 F/g; 电流密度增大到20 A/g时, 比电容仍能达到307.1 F/g。容量保持率为41.9%, 表明所合成的FeS₂纳米微球是一种优异的超级电容器电极材料。     

新型纳米结构二氧化锰的制备及其超级电容性能

以MnSO4和(NH4)2S2O8为主要原料,Fe(NO3)3为添加剂,采用水热法制备了菜花状MnO2。运用XRD,SEM对制备的MnO2进行了形貌和结构分析。通过循环伏安、恒流充放电测试和交流阻抗研究了MnO2的电化学性能。结果表明,实验制备的MnO2为α型菜花状结构,其在6 mol/L的KOH电解液中及0～0.4 V的电位范围内表现出良好的超级电容性能,电流密度为100 mA/g时,其比容量达到176 F/g。