纳米叶状聚苯胺超级电容器

纳米导电聚苯胺(PANI),作为超级电容器的电极材料,有着广阔的应用前景.采用三电极体系下的恒定电流法,通过多步电化学聚合获得以导电玻璃(ITO)为基底的纳米结构导电聚苯胺薄膜.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对薄膜进行形貌表征.由于电极材料的纳米结构,材料的比电容在电流密度为1 A/g及10 A/g下分别为829 F/g及667 F/g.以20 A/g的电流密度对电极进行500次的恒定电流充放电测试,电极的比电容下降为95.1%,显示了较好的循环稳定性.     

电沉积纳米氧化锰电极材料及其电化学性能研究

在0.1 mol/L MnSO4水溶液中,采用恒电位电沉积法在ITO上制备了具有纳米结构的超级电容器活性电极材料MnO2。对制备产物进行了SEM、XRD和TG分析,用循环伏安法和恒电流充放电法研究了它的电化学性质。结果表明:在0.5 mol/L Na2SO4溶液中,该MnO2电极材料表现出良好的电容性能,当电流密度分别为1 A/g、2 A/g和3 A/g时,比电容分别为266 F/g、202 F/g和186 F/g。该纳米材料是一种潜在的电化学电容器电极材料。     

MnO2/碳纳米球电化学超级电容器电极材料的制备与性能研究

利用水热法合成了纳米棒状的MnO_2/碳纳米球(CNPs)作为电化学超级电容器的电极材料.利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射光谱分析(XRD)对样品的微观形貌、物相进行分析;利用循环伏安法和恒电流充放电测试材料的电化学性能.结果表明:纳米棒状MnO_2/CNPs复合材料具有良好的电化学性能.在0.1 A/g的电流密度,1 mol/L Na_2SO_4电解液中,电极材料的比电容高达305.6 F/g,远高于纯碳球的比电容(49.3 F/g),当电流密度增至5 A/g时,材料的比电容为235 F/g,比电容仍能保持76.9%.     

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.     

泡沫铜负载氧化铜/钴锰氢氧化物复合纳米线阵列的制备及其电化学性能

以泡沫铜为基体,采用简单的热氧化和恒压电沉积两步法在基体表面生长分级结构的氧化铜(CuxO)/钴锰层状双金属氢氧化物(Co-Mn LDH)复合纳米线阵列。对制得的复合材料的结构及形貌进行了表征,并研究了其电化学性能。结果表明:在泡沫铜基体上生长了长度约为5~10μm,直径约为50nm的纳米线阵列。复合纳米线阵列作为超级电容器电极材料在1A/g的电流密度下,其比电容达305.0F/g;当电流密度增大至10A/g时,比电容保持率仍达到70.7%。在1A/g的电流密度下,复合电极材料经2 000次充放电循环后,仍有80.4%的比电容保持率。     

柚皮活性炭/纳米Fe_2O_3的制备及其在超级电容器中的应用

具有高比表面积和低成本的活性炭是理想的超级电容器电极材料,但其作为电极材料时与金属氧化物电极相比电荷储存能力有所不足,因此通过对活性炭进行改性以提高其比电容成为研究焦点.以柚皮为碳源、硝酸铁为铁源制备柚皮活性炭/纳米Fe_2O_3复合材料,并通过系统表征研究其形态、结构和电化学性能.结果表明:引入纳米Fe_2O_3提高了活性炭的电化学性能,在电流密度为1A/g时,活性炭的比电容为159.6F/g,而复合材料的比电容增至276.0F/g;此外在对称超级电容器中,360W/kg功率密度下的复合材料获得了9.39Wh/kg的能量密度.     

无模板法制备多孔聚苯胺及其电化学性能

通过以极慢的速率滴加氧化剂水溶液方式,构建了受限的油水反应界面,在无模板条件下制备了多孔聚苯胺,并研究了产物的结构和用作超级电容器电极材料的电化学性能.结果表明:产物为银耳状多孔结构,富含小于10 nm的中介孔.在电流密度为1 A/g时,充放电时间近似对称,比电容高达441 F/g,经2000次充放电循环后,比电容损失...     

复合导电剂在超细炭微球超级电容器中的应用研究

导电剂能否在电极材料中形成良好的导电网络是影响超级电容器性能的关键因素之一. 以改进St?ber法合成了高比表面积且具有多级孔结构的超细空心炭微球,以其为电极材料,对比研究了碳纳米管/炭黑复合导电剂与单一导电剂对基于超细空心炭微球超级电容器性能的影响. 研究发现,在0.2 A/g的电流密度下,采用复合导电剂时其比电容为205.7 F/g,远高于单一导电剂时的比电容. 尤其在100 A/g的大电流密度下,采用复合导电剂时的比电容高达104.0 F/g,相比炭黑导电剂提高了275%. 分析表明,纤维状的碳纳米管和炭黑可在本身易团聚的超细空心炭微球中形成点-线协同作用的导电网络,这是提升超级电容器性能的主要原因.      

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%.     

水热法制备不同形貌二硫化钼及其电化学电容性能

以水热法制备不同形貌的二硫化钼电极材料,研究材料形貌对其电化学性能的影响.采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)对制备的二硫化钼进行形貌、成分、结构表征,采用循环伏安法和恒电流充放电法测定纳米二硫化钼作为电极材料的电化学性能.结果表明:制备的不同形貌的二硫化钼中镂空网状二硫化钼的比电容高于三维花状二硫化钼以及空心球状二硫化钼和块状二硫化钼的比电容.三维花状二硫化钼和镂空状二硫化钼作为超级电容器的电极材料,具有较好的电化学电容性能,在电流密度为1A/g、1mol的Na_2SO_4电解液中其比电容分别达到203、259F/g.     

Influence of graphene microstructures on electrochemical performance for supercapacitors

The influence of variant graphenes on electrochemical performance for supercapacitors was studied comparatively and systematically by using SEM, FTIR and Raman spectroscopy, cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge/discharge and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results revealed that: 1) the nitrogen-doped graphene (N-G) electrode exhibited the highest specific capacitance at the same voltage scan rate; 2) the specific capacitance of the N-G reached up to 243.5 F/g at 1 A/g, while regular graphite oxide (GO) was 43.5 F/g and reduced graphene oxide (rGO) was 67.9 F/g; 3) N-G exhibited the best supercapacitance performance and the superior electrochemical properties, which made it an ideal electrode material for supercapacitors.     

超级电容器电极材料的结构设计

超级电容器由于具有功率密度大和循环寿命长的优势受到了广泛的关注.电极材料是超级电容器的核心部分,是发展高性能超级电容器的关键要素.电极材料的组成、晶体结构、微纳结构形态等对其电化学性能具有重大影响.赝电容电极材料的性能与晶体内部的孔道结构密切相关,具有大孔道的电极材料其比容量明显高于只含有小孔道的电极材料.合理调控电极材料微纳结构形态如设计多孔结构、中空结构有利于增大电极的电化学活性表面,进而获得更多的电荷存储量,是提高储能性能的有效途径之一.将赝电容电极材料与导电基体复合生长可以提高材料整体的电导率,进而提高材料的比容量与倍率性能.通过对超级电容器电极材料结构的合理设计进而实现其储能性能的提高已经成为电化学储能领域的研究热点,对于推动超级电容器的发展具有重要意义.     

Sodium-ion capacitors with superior energy-power performance by using carbon-based materials in both electrodes

Na-ion capacitors(NICs) are promising energy storage devices in virtue of their merits in combining the high energy densities of secondary batteries and the high power densities of supercapacitors.However,it is still very challenging to achieve a balanced energy-power performance in NIC device due to the kinetic imbalance between the battery-type anode and the capacitive-type cathode.In this work,an NIC device based on carbon materials for both anode and cathode has been reported.As-prepared(polyimide/graphene oxide)-derived carbon(PIGC) anode material shows excellent rate capability,which can deliver a specific capacity of 110 mAh g~(-1) at high current densities of 5 A g~(-1).In addition,the N,B co-doped expanded reduced graphite oxide(NBEG)cathode demonstrates a high specific capacitance of 328 F g~(-1).Due to the improved rate capability of PIGC anode and specific capacitance of NBEG cathode,the imbalance on the energy and power densities between anode and cathode is well addressed.As-assembled PIGC//NBEG device can deliver an energy density of 55 W h kg~(-1) even at a high power density of 9500 W kg~(-1).The energy-power properties of PIGC//NBEG are superior to many state-of-the-art NIC devices that using carbon or non-carbon based electrodes.This work offers not only a promising device configuration with superior energy-power properties,but also a guidance for the design strategies on electrode materials for high-throughput energy storage systems.     

基于超级电容器的TiN@CNTF电极制备及性能研究

超级电容器因其独特的性能在便携式、可穿戴电子器件领域有着很大的应用潜力。目前对超级电容器的研究主要集中在对超级电容器电极材料的研究上。碳纳米管纤维具有电导率高、力学性能好、柔韧性高等优点,是超级电容器的理想电极材料。但是,碳纳米管纤维电容量的提升被其较小的比表面积所限制。通过在碳纳米管纤维表面生长三维阵列能够有效提高碳管纤维的比表面积,从而增大电容量。因此,采用水热法,在碳纳米管纤维表面成功生长TiO2纳米阵列,并通过氨气氮化获得了TiN@CNTF电极材料。采用三电极测试TiN@CNTF电极在Na2SO4溶液中的比电容达到215.5mF/cm2,有望作为一种柔性超级电容器的负极材料得到应用。     

Advanced materials for aqueous supercapacitors in the asymmetric design

Supercapacitors have been recognized as one of the promising energy storage devices in the future energy technology. In this perspective, rapid progress is made in the development of fundamental and applied aspects of supercapacitors. Various techniques have been developed specifically to estimate the specific capacitance. Numerous efforts have been made in the literature to increase the specific capacitance of electrode materials. Recently, researchers pay more attention on designing supercapacitors of asymmetric type with extending cell voltage and dissimilar materials with complementary working potentials. Researchers try to increase the specific energy of asymmetric supercapacitors (ASCs). Conversely, it is still a challenge to find a suitable operation conditions for ASCs in various designs, especially for the one with battery type electrode. In this review, we describe our recent research works and other reports on the preparation of various nanostructured electrode materials and the performances of both symmetric and asymmetric supercapacitors. Finally, we demonstrate effects of charge balance on the capacitive performances of ASCs which consist of one electrode material of the battery type and one capacitive material. We also demonstrate how to evaluate the charge capacities of both positive and negative electrode materials for this ASC application.     

超级电容器用新型微晶炭的结构及其电容性能

以热处理后的煤沥青焦为原料,采用KOH活化法制备了具有较小比表面积(＜200m~2/g)的系列微晶炭.采用N_2吸附、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了微晶炭的孔结构、微晶结构以及表面化学性质,研究了微晶炭作为超级电容器电极材料在1 mol/L的四乙基四氟化硼酸铵盐/碳酸丙烯酯电解液体系中的电容性能.结果表明:制得的微晶炭具有大量类石墨微晶和较高的石墨化度,d_(002)(晶面层间距)为0.356～0.666 nm,表面含碳量大于95%;活化6 h后,在4.0 V下微晶炭的质量比电容高达139 F/g.微晶炭的储电行为包括插层电容和双电层电容两部分,其中电活化所造成的插层电容是决定微晶炭最终比电容的主要因素,插层电容主要由电极材料的石墨化度决定.     

Mn_7C_3@C核壳型纳米粒子制备及其超级电容器电极特性

以甲烷作为碳源气体,块体锰作为原料,采用一种简单的直流电弧等离子体法成功制备了Mn_7C_3@C核壳型纳米粒子,用于高性能超级电容器的电极材料.所制备的Mn_7C_3@C核壳型纳米粒子平均直径为30~35nm.拉曼光谱结果显示石墨碳壳具有良好的导电性.通过循环伏安、恒电流充放电及电化学交流阻抗谱对Mn_7C_3@C核壳型纳米粒子电极材料进行电化学性能分析,结果表明其具有高比电容、快速充放电等优异的电化学性能.在扫描速率为1mV/s时,比电容最高可达185.8F/g.同时具有良好的循环稳定性,在100mV/s扫描速率下1 000次循环伏安测试后,比电容仍保持为最初的88%,与单纯Mn_7C_3(79%)相比,有明显提高.Mn_7C_3@C核壳型纳米粒子电极材料优异的电化学性能归因于其良好的核壳结构,富缺陷碳层具有良好的导电性,有助于离子的传输和结构的稳定,而内核Mn_7C_3主要产生赝电容,在C和Mn_7C_3的协同作用下产生双电层和赝电容双模式储能机制.     

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。