超级电容器过渡金属氧化物电极材料研究进展

与传统电容器相比,超级电容器具有循环性能优异、大倍率充放电特性好、能快速充放电和环境友好等优点,目前在众多领域中都受到了研究者的关注.超级电容器电极材料主要包括3大类,即碳基电极材料、过渡金属氧化物电极材料及导电聚合物电极材料.鉴于超级电容器具有广阔的应用前景,综述了超级电容器过渡金属氧化物电极材料的研究现状,并对其今后可能的发展方向进行探讨.     

二氧化锰电化学电容器电极材料的研究

用化学共沉淀法制得MnO2电化学电容器电极材料,采用X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）、X射线光电子能谱（XPS）、循环伏安（CV）、恒电流充放电和交流阻抗测试对该材料的晶体结构、化学成分及电化学性能进行了表征和测试。物相测试表明该电极材料为水合无定型α-MnO2。用该电极材料制得的电化学电容器兼具双电层电容和法拉第准电容两种电荷储存机理,且以双电层电容为主。循环伏安测试和恒流充放电测试均表明,电极在Na2SO4溶液中比在KOH溶液中表现出更好的电容性,而且比容量随扫描速率和电流的增大而减少。在10mA的充放电流下测得的单电极比容量可达307.5F/g。     

超级电容器用金属层状双氢氧化物电极材料研究进展

金属层状双氢氧化物(LDHs)作为具有赝电容特性的电极材料,以法拉第反应机理为基础进行储能,其特殊的层状结构可以提供高比表面积和反应活性位点,从而实现高比容量,是一种理想的超级电容器电极材料.结合近几年的相关文献报道,综述金属层状双氢氧化物电极材料的机理特性、制备工艺、电化学性能,展望其在超级电容器领域的发展趋势.     

电化学沉积法制备氧化镍/镍电容器电极材料

在镀镍金属基底上,应用电化学方法阴极沉积氢氧化镍,经热处理得到氧化镍功能薄膜材料.用X-射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)等技术对氢氧化镍和氧化镍功能材料进行了分析和表征.循环伏安技术测试表明,本实验阴极电沉积制备的氧化镍薄膜材料的比电容达到55 F/g,能量密度和功率密度分别达到34 J/g和15 W/g.此外,该功能薄膜材料还显示出较高的机械强度和良好的循环寿命.     

超级电容器用活性炭电极的制备及电化学性能研究

以石油焦为原料,采用KOH活化法制备比表面积为2 170 m^2/g的高比表面积活性炭,采用该材料作为电极材料,组装成超级电容器,并对它进行了恒电流充放电实验、循环伏安实验和交流阻抗等实验,结果表明,制备的活性炭作电极材料组装的电容器具有良好的电化学性能.     

镍锰氧化物电极材料用于超级电容器的电化学性能研究

目的研究镍锰氧化物电极材料的形貌及相组成对超级电容器电化学性能的影响。方法分别采用模板法、水热法及旋转蒸发方法制备了不同形貌的镍锰氧化物,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)手段对材料的物相、晶体结构以及微观形貌进行表征,采用三电极体系测试其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果循环伏安和电化学性能循环测试结果表明,在0.1 A/g电流密度下,空心球、微米球及纳米颗粒3种不同形貌的镍锰氧化物电极材料的的放电容量分别是90.57,36.4和8.72 F/g。空心球状镍锰氧化物电极材料显示出较优异的电容特性。充放电循环1 000次后,其放电容量保持率为85.28%。结论独特的空心球状结构有利于增强电极材料的电化学性能。     

高性能Ni-Cu-S电极材料在超级电容器中的应用

使用电导率高的硫化铜作为添加成分,与理论比容量高的硫化镍结合,通过一步氢气泡模板电沉积法在铜箔基底上制备了一种具有三维花状多孔结构的Ni-Cu-S电极材料。该结构提高了材料的比表面积,增加了材料的活性反应位点,从而加快了电荷传输,提高了电极材料的电化学性能。在三电极体系中,Ni-Cu-S电极材料的比电容可达1.57 C/cm²,倍率性能为80.2%。使用Ni-Cu-S电极材料(正极)和活性炭(AC)(负极)制备了不对称超级电容器,在双电极体系中对其进行性能测试,其比电容为0.91 C/cm²,在5.32 mW/cm²的功率密度下具有0.89 mWh/cm²的高能量密度。经过7 000次充放电循环后,电容仍保持初始值的89.7%,显示出了良好的循环稳定性。结果表明Ni-Cu-S是一种高性能超级电容器电极材料。     

纳米K-OMS-5电极材料的制备与电化学性能

在25℃下,以KMnO_4、KOH和MnCl_2为反应物,利用液相氧化还原法制备δ-MnO_2,然后以所制备的δ-MnO_2和KOH为前驱体,在180℃水热下反应2d,合成纳米K-OMS-5(钾-八面体分子筛);分别采用X射线衍射光谱、扫描电镜和热重分析等物理方法对晶体结构、表面形貌及其热稳定性进行表征;用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学方法研究其电化学性能.结果表明,纳米K-OMS-5材料在相同的扫描速率或电流密度下比电容的大小关系为K_2SO_4Na_2SO_4Li_2SO_4,且在0.5mol·L-1 K2SO4电解液中的2 000次循环充放电中展现出了良好的循环稳定性,这或许为K-OMS-5材料在电化学电容器中的应用提供了一种有前景.     

过渡金属材料的电化学储能性能研究

超级电容器是一种电化学能量储存设备,具有功率密度高、充放电速率快、寿命长等优点.依照反应机理,电化学电容可以区分为双电层电容和赝电容.赝电容超级电容器的能量密度高于双电层电容器.过渡金属氧化物和氢氧化物是一类重要的赝电容器电极材料.为了提高赝电容器的性能,大量的研究工作集中在设计具有特殊结构和尺寸的过渡金属氧化物和氢氧化物电极材料方面.作者综述了电极材料的设计、制备以及性能等方面的研究进展,总结了过渡金属的氧化物和氢氧化物在超级电容器方面的研究与应用.     

活性碳/碳纳米管掺杂材料的制备及其有机双层电容器电极性能

中温煤沥青添加乙酸钴后进行热缩聚反应,取热缩聚产物中的吡啶不溶物为原料,添加不同比例的含硼化合物,以 KOH为活化剂进行化学活化,制备出四种不同结构的活性碳/碳纳米管掺杂材料(AC/CNT),并考察了所制备材料的结构性能及有机电容器电极性能.结果表明,AC/CNT材料中含有结晶度较高的类石墨微晶结构碳,随着硼化合物添加量的增加,产物中碳纳米管的含量呈增多的趋势,石墨层间距d(002)呈减小趋势.所制备材料具有良好的有机电容器电极性能,其中AC/CNT-1样品的质量比电容最大,为125 F/g; AC/CNT-4的质量比电容最小,为89.9 F/g,但具有最高的体积比电容,52.9 F/cm3.     

电化学聚合单壁碳纳米管／聚苯胺复合物的电容特性研究

采用原位电化学聚合含有饱和单壁碳纳米管（SWNT）的苯胺（ANI）溶液来制备单壁碳纳米管／聚苯胺（SWNT／PANI）复合膜,对复合膜的表面形貌与结构性质采用扫描电子显微镜进行观察,并用循环伏安法,充放电测试,和交流阻抗测试等手段对复合膜的电化学电容特性进行详细探讨．实验结果表明,纯PANI和SWNT／PANI复合物的比电容量分别为156．5F／g,186．4F／g．由复平面阻抗谱图的最高频率点可以求出纯PANI和SWNT／PANI复合膜的内阻分别为15．8,6．7Ω．     

天然生物前驱体制备微孔／介孔复合多级孔碳材料及其电化学性能的研究

海藻是天然的新型生物碳源,简单而且对环境友好．以各种不同的海藻为前驱体,通过冷冻、干燥和高温碳化制备了的微孔／介孔复合多级孔碳材料．得到的多孔碳材料的比表面积为690m2／g．作为电容器的电极材料,在6mol／LKOH溶液中容量达到150F／g．经ZnCl2活化处理后,电容量高到194F／g．     

掺杂金属氧化物贮氢电极的电化学性能

研究了掺杂金属氧化物Fe3O4和Cr2O3贮氢电极MmNi3.5Mn0.4Co0.7Al 0.4(Mm: 混合稀土)的电化学性能.结果表明,Fe3O4和Cr2O3的掺杂均使贮氢电极的放电容量增大和充电效率提高,且活化性能得到改善,活化次数减少到3～5次.Cr2O3的掺杂可使贮氢电极的放电过电位减少3.0 mV、快速放电能力(放电电流密度为500 mA*g-1)提高8.1%,同时改善了电极的循环稳定性;在同样条件下,Fe3O4的掺杂使电极过电位增大50.2 mV、快速放电能力降低11.6%,并导致电极的电荷保持能力下降.从MmNi3.5Mn0.4Co0.7Al 0.4电极的综合性能考虑,Cr2O3的掺杂对改善贮氢电极的电化学性能是有利的.     

金属基氧电极材料催化机理研究进展

燃料电池作为一种高效、无污染的能源转换器件,受到广泛关注.其阴极氧还原反应是决定电池性能最重要、最关键的因素之一,也是制约其商业化的关键瓶颈因素之一.因此,研究和开发高效氧还原催化剂及其催化机理,对于燃料电池的发展和商业化进程具有十分重要的意义.在简要介绍燃料电池的基础上,综述了近年来金属基氧还原电极材料催化氧还原反应的机理,金属基氧还原电极材料包括Pt催化剂、Pt-M催化剂、杂原子掺杂碳载金属类催化剂等,总结了提高催化活性和稳定性、降低催化剂制备成本和催化剂制备工艺等方面所取得的研究结果,并指出了各类催化剂目前尚待解决的问题和发展方向.     

银纳米结构的固相合成及其光学、电化学性能

本文以硝酸银和抗坏血酸为原料,通过简单的室温固相路线快速合成了银纳米结构.TEM观察显示,表面活性剂对银纳米结构的形貌存在重要的影响:无任何表面活性剂存在时,只能获得团聚的银纳米粒子;十二烷基硫酸钠用作表面活性剂时,获得由银纳米粒子组装的纳米棒;而十六烷基三甲基溴化铵作表面活性剂时,可获得一些银纳米线.同时,不同的银纳米结构其光学、电化学性能也不相同:在UV-Vis光谱中,团聚的银纳米粒子的吸收峰位置分别在270nm和465nm;银纳米棒的吸收峰分别位置分别在284nm和442nm,且前者弱, 后者强;银纳米线则只在274nm处有一强的吸收峰.而在电化学响应中,团聚的银纳米粒子、纳米线和纳米棒的氧化、还原峰分别出现在0.396V和0.307V、0.087V和-0.045V、0.422V 和0.324V.     

基于3d过渡金属的氧电极材料研究进展

氧还原催化剂及缓慢的阴极氧还原动力学是制约低温燃料电池商业化的关键瓶颈因素之一.非贵金属氧还原催化剂是近年来低温燃料电池最受关注的研究热点之一.在简要介绍燃料电池及氧还原反应机理的基础上,详细地综述了近年来低温燃料电池用3d过渡金属基氧还原催化剂的主要研究进展,包括过渡金属大环化合物、过渡金属-氮/碳类化合物、过渡金属硫族化合物和过渡金属氧化物,总结了提高催化活性和稳定性、降低催化剂制备成本以及催化剂制备工艺等方面所取得的研究结果,并指出了各类催化剂目前尚待解决的问题和发展方向.     

光谱在过渡族金属氧化物电荷及自旋有序研究中的应用

条纹相是在过渡金属氧化物研究中发现的一种特殊的现象。电荷以及电子次序排列形成所谓的条纹(stripes),普遍认为这是一种新的量子状态。讨论了光谱实验技术在探询过渡金属氧化物中stripes的相关问题。     

有机物对苏州河、黄浦江重金属离子迁移的影响

本文根据实验室模拟结果,从理论上解释了苏州河、黄浦江重金属离子迁移规律的二个问题。吸附实验表明大量有机物的存在,与重金属离子形成络合物而抑制了重金属离子进入固相。所以苏州河底泥对重金属的富集系数小于黄浦江。另外,光解实验表明有机物对Cu(Ⅱ)的络合能力远大于对Zn(Ⅱ)的络合能力。故黄浦江和苏州河底泥对重金属的相对富集系数以Zn(Ⅱ)为最小。     

有机物对苏州河,黄浦江重金属离子迁移的影响

本文根据实验室模拟结果,从理论上解释了苏州河、黄浦江重金属离子迁移规律的二个问题。吸附实验表明大量有机物的存在,与重金属离子形成络合物而抑制了重金属离子进入固相。所以苏州河底泥对重金属的富集系数小于黄浦江。另外,光解实验表明有机物对Cu(Ⅱ)的络合能力远大于对Zn(Ⅱ)的络合能力。故黄浦江和苏州河底泥对重金属的相对富集系数以Zn(Ⅱ)为最小。