花状Zn0.76Co0.24S纳米材料的制备及电化学性能研究

采用简单的水热合成法制备了双过渡金属硫化物Zn_0.76Co_0.24S纳米材料,并作为超级电容器电极材料。该材料具有花状多孔的微观形貌,花瓣为超薄纳米片结构。这样独特的结构能为电化学反应提供丰富的活性位点,为离子的传输提供便利的通道,同时也为反复充放电过程中材料体积的变化提供了缓冲空间。三电极体系测试结果表明：Zn_0.76Co_0.24S电极在电流密度为1 mA/cm²,比电容高达2 031.0 C/g;当电流密度增大到30 mA/cm²时,电容量仍可保持在888.9 C/g;在电流密度为10 mA/cm²下循环充放电5000圈,电容量保持率为90.25%,表现出较高的电容量、优异电容稳定性以及循环性能。采用Zn_0.76Co_0.24S电极与活性炭(AC)构建的混合超级电容器Zn_0.76Co_0.24S//AC也展现了令人满意的性能。     

硅基底铜基材料电极制备及其储能特性研究

【目的】以过渡金属氧化物、硫化物、氢氧化物为代表的赝电容材料由于其良好的比电容容值、高功率密度和低成本等优势，被广泛用于宏观常规超级电容器的电极中。然而，当前对于过渡金属电极的研究多采用非常温下合成，辅以导电剂、粘合剂固定的加工工艺，制约了其在以硅基底为主的微型超级电容器(micro-supercapacitor, MSC)中的应用。【方法】在硅基底上沉积了钛集流体和铜薄膜，通过兼容微加工工艺的常温原位氧化法制备了氢氧化铜纳米线，并进一步通过浸泡硫化钠溶液实现了原位硫化。【结论】测试结果表明，在1 mA/cm²的电流密度下，硅基底硫化铜的比电容为166.98 mF/cm²,较氢氧化铜电极提升了6.68倍，500次充放电循环后电容保持率为74.2%,展现了其在硅基微型超级电容器方面广阔的应用前景。     

一种具有高面积比电容的含CoP/Co3O4一体化碳膜电极的制备

针对粉末状多孔材料制备成电极时因添加剂的加入而削弱其面积比电容的问题,利用聚离子液体(poly(ionic liquid)s, PILs)的分子可设计性,制备了含有N和P元素的PILs膜。在PILs膜中,以生长Co-MOF的方式引入Co元素,然后进行碳化处理可得到一体化、含有CoP和Co₃O₄的多孔碳膜。该碳膜的一体化结构避免了导电剂和黏合剂的加入,显著提升了单位面积的活性物质负载量。此外,CoP和Co₃O₄的加入提高了原有碳膜的面积比电容,使得该碳膜电极在电流密度为5 mA/cm²的条件下,其面积比电容达29.3 F/cm²,体现出电化学的优异性能。由此可知,PILs衍生的碳膜电极在电化学领域具有广阔的应用前景。     

NiCo2O4@PANI复合材料的制备及其电化学性能研究

通过水热处理及电化学沉积,在集流体泡沫镍上原位生长出NiCo₂O₄@PANI复合材料.通过扫描电镜观察到泡沫镍上均匀分布着表面粗糙的纳米棒阵列,这种结构有利于电极材料与电解液的充分接触与反应;PANI(聚苯胺)的包覆增加了NiCo₂O₄的导电性,降低了载流子传输的活化能,因而表现出优异的电化学性能.在1 mA·cm^-2的电流密度下,复合材料的比电容为2 307.15 F·g^-1.当电流密度提升到20 mA·cm^-2后,比电容的保留率为78.13%.在10 mA·cm^-2电流密度下,循环2 000次后,比电容保留率为85.46%.测试结果证明该复合材料作为电极材料,在超级电容器的应用中有着巨大的潜力.     

碳纳米管膜/MnO_2柔性电极材料的制备及其电容性能

为了制备性能优异的柔性超级电容器电极材料,以横向网络状分布的柔性碳纳米管薄膜为基底,通过与二氧化锰的复合,制备出碳纳米管膜/MnO_2柔性超级电容器电极材料.分别利用扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱、X线光电子能谱、恒电流充放电和循环稳定性等测试表征材料的形貌、结构和电容性能.结果表明:碳纳米管膜/MnO_2复合材料的比电容最高可达297 F/g,且碳纳米管膜/MnO_2柔性电极材料在比电容大于200 F/g时依然拥有优良的循环稳定性.     

超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器作为一种新型的电化学储能元件,以充放电效率高、循环寿命长等优点引起研究者的大量关注,而电极材料是决定超级电容器性能的一个关键性因素。常见的电极材料主要有:碳材料、金属化合物材料和导电聚合物材料三大类。当它们单独作为超级电容器电极材料时,碳材料展现高功率密度和优异的循环稳定性,但其比电容较低;而金属化合物和导电聚合物材料具有高比电容,但由于它们导电性差,致使其循环稳定性和倍率性能较差。因此,超级电容器电极材料的研究关注点是碳材料与其他材料组成复合材料,以制备出兼具高比电容、良好循环稳定性和倍率性能的超级电容器电极材料。     

单层1T-VS2的电子结构和量子电容性质研究

以石墨烯为代表的低维材料由于费米能级附近有限的态密度,导致量子电容较低,限制了其作为电极材料的超级电容器双电层电容的提升.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,以1T-VS₂为例,研究具有类石墨烯结构的准二维材料的量子电容的微观机理及其性能调控.研究结果表明,铁磁性的本征和含V空位缺陷的1T-VS₂在零偏压处的量子电容为～300μF/cm²,远高于石墨烯.此外,含有V空位缺陷体系在负偏压区的高量子电容区间更加扩展,可以匹配更宽工作电压窗口的电解质材料,有利于提高能量密度.     

MnO_2/碳纳米管膜柔性复合材料的制备及其电容性能

为了获得比电容大、工作稳定性高的柔性超级电容器,在碳纳米管膜上利用恒电流沉积法在不同沉积时间和沉积电流密度下沉积MnO_2,制备出了MnO_2/碳纳米管膜柔性超级电容器电极材料.分别利用扫描电镜和X线衍射对所得电极材料的形貌和结构进行表征,并通过恒电流充放电测试和交流阻抗谱研究了复合材料的电容性能.结果表明:复合材料的电容性能可以通过调节MnO_2的沉积电流密度和沉积时间来控制;沉积电流密度为1 A/g、沉积时间为20 min条件下制备所得MnO_2/碳纳米管膜复合材料的比电容可达356 F/g,是纯碳纳米管膜比电容的7.5倍.此外,MnO_2/碳纳米管膜复合材料的比电容经200次充放电循环后维持在初始值的96.6%,显示出良好的循环稳定性,在高性能柔性超级电容器应用方面展现了一定的前景.     

熔盐法处理废旧聚丙烯腈纤维制备超级电容器碳材料及性能表征

以废旧纺织品聚丙烯腈为碳源,在氯化锌-氯化钾熔盐体系一步碳化活化制备超级电容器碳材料.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面分析仪等物理测试方法对材料进行结构、形貌和孔隙表征.并利用电化学工作站在三电极体系下对制备的碳材料进行循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和交流阻抗(EIS)测试.结果表明,通过在空气中200℃稳定化10 h、氯化锌-氯化钾熔盐体系中800℃下炭化2 h制备的活性炭具有较大的比表面积和发达的孔结构,作为超级电容器电极材料展现出优异的电化学性能.在0. 25 A/g电流密度下最大比电容达319 F/g;在电流密度高达10 A/g下,比电容仍保留62. 7%.经过5 000次充放电循环性能测试,容量保持率可达82. 6%.     

铜离子掺杂钒基配位聚合物的制备及其超级电容器性能

通过两步微波和离子交换的方法得到一种直径约为1.5μm的微球形貌铜离子掺杂钒基配位聚合物(V-Cu-HHTP).聚合物中部分取代的Cu²⁺提高了配位聚合物的导电性和结构稳定性,并提供V、Cu的协同效应,在用于超级电容器电极材料时表现出良好的电化学性能.在1 A·g^-1的电流密度下,V-Cu-HHTP表现出287 F·g^-1的比容量,在10 A·g^-1的大电流密度下循环3 000圈后,V-Cu-HHTP的电容保持率仍有98.6%,比相同测试条件下未掺杂的VHHTP电极表现优异(比容量为227 F·g^-1,电容保持率为94.2%).选取V-Cu-HHTP作为正极,活性炭(activated carbon,AC)作为负极,组装非对称超级电容器V-Cu-HHTP//AC,电压窗口达到1.6 V.V-Cu-HHTP//AC在功率密度为795.0 W·Kg^-1时,最大能量密度为44.1 Wh·Kg^-1,优于许多钒基超级电容器.优异的电化学性能归因...     

离子液体溶解法制备超级电容碳及其电化学性能研究

文章以高纤维素废纸屑为原料，利用无机离子液体进行选择性表面溶解处理，得到具有润胀特性的胶状前驱体，在不同温度条件下热解制备生物质多孔碳。800℃下生物质多孔碳比表面积为1 276.3 m²/g,电化学测试结果表明，其具有较高的比电容(271 F/g),经过1 000次循环，电容保持率为90.3%。为了进一步提升超级电容器的电化学性能，在1 mol/L H₂SO₄电解液中加入15 g (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O,超级电容器的比电容得到显著提升，电流密度为10 A/g时，比电容为439 F/g,为原电容器(221 F/g)的2倍。研究结果可为生物质多孔碳超级电容器制备提供参考。     

Ni2Co-LDHs作为超级电容器电极材料的电化学性能研究

通过化学共沉淀法制备了不同组分镍钴层状双氢氧化物(Ni_xCo_y-LDHs),并通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、循环伏安法、恒电流充放电及电化学交流阻抗等测试手段进一步研究了Ni₂Co-LDHs材料的物相结构、表面形貌和电化学性能,探究电荷储存机理及计算扩散系数.结果表明：当镍钴物质的量之比为2∶1时,其组分Ni₂Co-LDHs与其他2个组分(NiCo_0.2-LDHs和NiCo-LDHs)相比,比容量最大;纳米片状形貌的Ni₂Co-LDHs作为超级电容器电极材料表现出极好的电化学性能,其比容量最大值为2 037 F/g,较小的阻抗(0.21Ω/cm²)和良好的循环稳定性,经过近4 000周循环,比容量衰减约10%;Ni₂Co-LDHs电极的还原反应过程为扩散控制电荷储存,扩散系数D为8.0×10^-11 cm²/s,其氧化反应过程为混合储存机理,扩散系数D为4.2×10...     

纳米多孔Co的磷化物制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化、水热合成和化学气相沉积制备纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co和NiCo(OH)₂-P复合电极. 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法表征电极材料的物相和形貌结构. 在1 mol·L^－1的KOH溶液中,运用线性扫描伏安曲线(LSV)、交流阻抗谱(EIS)、循环伏安曲线(CV)等测试电极的电催化析氢性能. 结果表明:纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co、NiCo(OH)₂-P电极材料的析氢性能依次增加,化学气相沉积(CVD)磷化后的纳米多孔NiCo(OH)₂-P在10 mA·cm^－2电流密度下,其过电位为139 mV,Tafel斜率为123.57 mV·dec^－1,双电层电容为30.16 mF·cm^－2. 经过1 000圈循环伏安耐久性实验后,纳米多孔NiCo(OH)₂-P电极在10 mA·cm^－2电流密度下,析氢过电位仅相差7 mV,表现出良好的析氢稳定性.     

石墨基PTFE涂层阴极动态隔膜电解池产H2O2效能

采用自制的石墨基聚四氟乙烯(PTFE)涂层电极做阴极,以Nafion117阳离子交换膜为隔膜,构建动态隔膜电解池,重点研究隔膜、PTFE添加量、阴极电解液循环流量对体系产H₂O₂性能的影响,并考察电极的重复使用性能。结果表明：动态隔膜电解池产H₂O₂的性能明显高于无隔膜或静态实验的方式。当PTFE乳液(质量分数60%)添加量为0.7 mL、电解液初始pH为3、电流密度为5 mA/cm²、阴极电解液循环流量为0.3 L/min时,体系产H₂O₂效果最佳,反应180 min时的H₂O₂产量达到27.43 mg/(L·cm²),此时的电流效率为72.09%,能耗为7.87 kW·h/kg。但是电极的重复使用性能不佳,连续使用5次后,180 min时的H₂O₂产量降至8.99 mg/(L·cm²)。     

NiCo2O4纳米材料在柔性超级电容器领域的研究进展

轻质、超薄、柔性和高性能的超级电容器是柔性超级电容器研究的目标,尖晶石结构NiCo₂O₄因其理论比电容高、成本低、电化学活性高,是柔性超级电容器电极材料领域的热点材料。近些年,为获得性能优异的柔性超级电容器,人们针对NiCo₂O₄基纳米材料开展了大量研究。主要从NiCo₂O₄基纳米材料的柔性导电基底的制备和选择、材料形貌调控及形成复合材料等提升材料性能的角度探讨NiCo₂O₄基柔性电极材料的研究进展,以期对后续研究提供参考。     

δ-MnO2/Ti2CTx复合材料的制备与电化学性能研究

以Ti₂AlC为前驱体、LiF-HCl的水溶液为刻蚀液、KMnO₄为氧化剂和锰源,采用溶液-沉积法制备了δ-MnO₂/Ti₂CT_x复合电极材料.分别采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱等方法对试样进行了表征; 以镍网为对电极、银/氯化银为参比电极、2 mol·L^-1 KOH溶液为电解质溶液,在3电极体系中采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学方法研究了复合材料的电化学性质.结果表明:当δ-MnO₂/Ti₂CT_x复合电极材料在电流密度为1 A·g^-1时,复合材料的比电容高达227 F·g^-1.δ-MnO₂/Ti₂CT_x是一种性能良好的电化学电极材料,具有潜在的应用前景.     

对流微通道反应器制备Ni2P材料及Co掺杂改性

使用NiCl₂·6H₂O、KOH、NaH₂PO₂·2H₂O和CoCl₂·6H₂O等为反应物,在对流微通道反应器（CFMCR）中制备了Ni （OH）₂前驱体,然后在PH₃气氛中将其还原,最后经酸洗得到目标产物Ni₂P。探讨了CFMCR反应工艺条件（包括体积流量、pH和陈化时间）和磷化反应温度等对制备的Ni （OH）₂前驱体及最终的Ni₂P材料性能的影响,确定了制备Ni₂P材料的最佳工艺条件,并利用CFMCR对制备的Ni₂P材料进行了Co掺杂改性,提高了材料的充放电循环性能以及比电容。结果表明,利用CFMCR制备的Ni₂P材料最高比电容可达到1 200 F/g,500次恒流充放电循环后比电容保有率约为65%;掺杂Co元素制备的Ni-Co-P复合材料最高比电容为1 475 F/g,500次恒流充放电循环后比电容保有率约为84%。     

纳米TiO2/多孔碳复合材料的制备及其超级电容器性能的研究

针对传统超级电容器中碳质材料受比表面积和孔径限制导致的比电容小,能量密度低(<10 Wh·kg^-1)等问题,本工作利用瞬时纳米沉降技术(FNP)成功合成了SiO₂/MXene复合物,后利用聚四氟乙烯(PTFE)在800℃下进行热处理得到负载微量TiO₂颗粒的多孔碳材料(TiO₂/PC-800)。这种多孔结构可以提供更大有效比表面和化学反应活性位点,有利于缩短离子传输路径,加快离子传输。电化学测试结果表明TiO₂/PC-800具有较高的比电容,在0.5 A·g^-1的电流密度下比电容为215.5 F·g^-1,同时还具有优异的循环稳定性,在10 A·g^-1的大电流密度下循环5 000圈后比电容保持率为98.6%。组装的TiO₂/PC-800//TiO₂/PC-800对称型超级电容器在0.7 kW·kg^-1的功率密度下获得的能量密度高达50.8 Wh...     

二氧化锰在Li2SO4水溶液中的电容性能研究

采用化学共沉淀法制备了超级电容器电极材料MnO2．采用XRD对其结构进行表征，并用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电等测试手段研究了材料在1mol／L Li2SO4电解液中的电容性能．结果表明，MnO：电极在1mol／L Li2SO4电解液中具有优良的电容性能，以3mA／cm^2电流密度恒流充放电时，单电极比容量可达239．9F／g．经1000次恒流充放电循环后，电极比容量下降了11．7％．Nyquist曲线显示电极的电荷转移电阻较小．     

NiCo2O4/RGO复合材料的制备及其电化学性能

采用两步水热法制备NiCo₂O₄/RGO复合材料,并对其电化学性能进行研究.研究结果表明,当电流密度为1 A/g时,NiCo₂O₄/RGO复合材料的比电容高达2 332.40 F/g,约是NiCo₂O₄材料的3倍,当电流密度增加至10 A/g时,其比电容还能保持为1 127.22 F/g,表现出优异的倍率性能.这归因于复合材料特殊的多孔蓬松结构,有效增加了材料的比表面积,NiCo₂O₄的比表面积为56.488 0 cm²/g,而NiCo₂O₄/RGO复合材料的比表面积高达188.604 2 cm²/g,能够提供更多的反应活性位点,同时RGO能够有效提高材料的导电性,两者之间的协同作用使得电化学性能大幅提升.