介孔分子筛调制有序介孔碳超级电容器性能研究

为了研究不同孔径的有序介孔碳(OMC)作为超级电容器电极的性能差异,本文采用水热合成法制备三种不同孔径的介孔二氧化硅分子筛(SBA-15),再以SBA-15为模板,乙炔为碳源,利用化学气相沉积法(CVD)反向制备具有不同孔径的OMC。利用扫描电子显微镜、氮气吸附和电化学测试等,分析OMC作为电极材料时,其纳米孔结构与性能之间的关系。结果表明,将孔径调控在3～4 nm的OMC-120作为超级电容器电极,在充放电电流密度为0.10 A/g和0.50 A/g时,比电容为44.50 F/g和54.30 F/g;经1 000次循环后电容保持率达99%,其双电层电容性能和稳定性优于其他孔径结构的样品,这归因于OMC-120中较窄的有序介孔结构加速了电子和离子的转移交换,缩短离子的传输路径。     

g-C_3N_4/C-DOTs复合物材料的制备及其超电容性能研究

石墨相氮化碳(g-C_3N_4)是一种类石墨烯状二维半导体材料,具有独特的电子结构、比表面积大、廉价易得、化学稳定性和热稳定性良好等特点,在超级电容器领域有着巨大的应用前景.本文以尿素和碳点(C-DOTs)的乙醇溶液为原料,采用一步烧结法制得二维层状g-C_3N_4/C-DOTs复合材料,对其进行透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)分析,发现复合材料具有类石墨烯的片层状褶皱结构,片层表面均匀分布粒径为6 nm的碳点,具有较大的比表面积.将材料用作扣式超级电容器电极材料进行电化学测试,在不同扫速下其CV曲线均呈现出理想的电容矩形特征,且当扫速增大到400 m V/s时,曲线仍没有偏离矩形,说明材料内阻小,倍率性能优异.当电流密度为2 A/g时,比容量可达到216.4 F/g,充放电效率为94.5%.与单纯氮化碳材料相比,g-C_3N_4/C-DOTs复合材料具有更大的比容量性能和更高的充放电效率,是一种理想的超级电容器电极材料.     

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。     

中孔炭的制备及其在超级电容器中的应用

以中孔硅分子筛SBA-15为模板,蔗糖为炭源,炭化温度为700℃制备中孔炭材料,利用透射电镜(TEM)和N2吸脱附等温线表征该材料的结构与形貌.以中孔炭材料为超级电容器的电极材料,组装成扣式电容器进行循环伏安、恒流充放电、交流阻抗、漏电流、自放电、循环寿命等电化学测试.结果表明:样品孔结构呈二维六角有序分布:该样品的孔体积为1.88 cm3/g,比表面积为1 394m2/g,具有典型的中孔结构和集中的中孔分布,它的最可几孔径为3.4 nm;制备的中孔炭作电极材料组装的超级电容器有良好的电化学性能,在500 mA/g的充放电电流密度下,循环10 000次的平均比电容高达95 F/g,比容量波动范围仅为-4%～4%.     

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.     

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.      

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。     

超薄石墨烯薄膜的制备及其超级电容器性能的研究

通过真空抽滤的方法得到了超薄的、可独立存在的还原态的氧化石墨烯薄膜(RGO)。该石墨烯薄膜表现出良好的柔性和机械强度。在三电极体系下,把石墨烯薄膜作为超级电容器电极,测试了其电化学性能,所测得的电化学曲线具有典型的双电层电容器的特点。在2mV/s的扫速下比电容值最高可以到达215.6F/g,同时石墨烯薄膜也呈现出良好的化学稳定性和循环性能。     

基于不同棉织物的柔性固态超级电容器的制备与性能研究

以全棉机织布和全棉水刺非织布作为柔性基材,通过化学氧化法制备超级电容器用聚吡咯/棉织物复合电极材料.研究电极材料样品的电学性能,测试结果表明,电极材料样品具有良好的电学性能,在0.1 A/g电流密度下,聚吡咯/棉机织布和聚吡咯/棉非织布电极材料样品的比容量分别为346 F/g和282 F/g.以两种电极材料样品分别与PVAH_3PO_4凝胶电解质组装柔性固态超级电容器,进行电化学性能测试,在电流密度为1 mA cm~(-2)时,基于聚吡咯/棉机织布和聚吡咯/棉非织布电极材料组装的固态超级电容器容量为0.64 F/cm~2(152.2 F/g)和0.44 F/cm~2(115.7 F/g).     

国内期刊亮点

<正>石墨烯/炭气凝胶的制备及其结构与性能研究炭气凝胶是具有独特三维网络结构的轻质纳米中孔炭材料,适用于制备超级电容器的电极,但通常采用苯二酚(R)-甲醛(F)为原料制备的炭气凝胶,其微孔含量低,比表面积和电容量不高,限制了它在超级电容器中的应用。若采用石墨烯(GO)与炭气凝胶复合,可在一定程度上有效调控气凝胶的比表面积,但要进一步提高炭气凝胶的比电容,仍存在较大难度。湖南大学材料科学与     

玉米面衍生的三维孔碳电极材料的绿色合成与超级电容器性能

为了获得性能优异的超级电容器电极材料,选择廉价的玉米面作为碳前驱体,利用简单的硬模板方法,以容易水洗去除的碳酸钠为大孔模板、氢氧化钾为活化试剂,制备了兼具大孔、介孔和微孔的三维分级孔碳材料.分别采用扫描电镜、氮气吸附脱附、恒流充放电、循环伏安及交流阻抗等测试方法,对材料的形貌、孔结构和电化学储能性能进行表征.结果表明:所得孔碳材料具有良好的分级孔结构特点,其比表面积高达1 365.2 m2/g.电流密度为0.5 A/g时,比电容高达245 F/g;电流密度为20 A/g时,电容量保持率为93.5%.在5 A/g的电流密度下,循环10 000圈后,电容量仍能保持在97.3%.组装所得对称超级电容器的能量密度和功率密度分别达到29.2 W·h/kg和500.6 W/kg,说明该孔碳材料在超级电容器方面具有很好的应用前景,合成方法成本低、绿色环保,预计能够在大规模制备三维孔碳基纳米材料方面得到广泛应用.     

氮掺杂层次孔碳纳米材料的合成及其电化学储能

为了制备性能优良的电化学储能电极材料,利用分子自组装技术,将甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈聚合后的产物进行碳化和活化,得到具有大孔、介孔和微孔的氮杂层次孔碳纳米材料.分别采用扫描电镜、透射电镜、氮气吸附脱附、X线光电子能谱、恒流充放电、循环伏安及交流阻抗等测试方法和手段对材料的形貌、结构及电容性能进行表征.实验结果表明:所得氮杂孔碳纳米材料比表面积为698 m~2/g,孔容为0.42 cm~3/g.在电流密度为0.2 A/g时,该材料比电容量为241.9 F/g,且具有较好的循环稳定性,在2 A/g下循环5 000圈后,比电容值仍能保持在初始容量的93.6%.将其组装为对称超级电容器,能量密度和功率密度分别达到19.6 W·h/kg和200 W/kg,高于目前一些商业化的电容器数值,说明该氮杂层次孔碳纳米材料在超级电容器方面展示出很好的应用前景.     

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。     

沸石咪唑骨架衍生空心纳米电极材料可控制备及其电化学性能研究

超级电容器是介于可充电电池和传统电容器之间的一种新型储能器件。它具有高功率密度、快速充放电和环境友好等优点。在众多应用于超级电容器的电极材料中,金属有机骨架材料因具有大的比表面积,可灵活调控的组成和结构,是十分理想的电极材料之一,又由于其易于合成、独特的结构和反应特性,也是制备纳米结构电极材料的理想模板之一。以沸石咪唑骨架（zeolitic lmidazolate framework,ZIF）-67为前驱体,采用二水合钼酸钠盐溶液刻蚀的方法成功制备了空心CoMo 层状双金属氢氧化物（layered double hydroxides, LDH）纳米笼结构,同时还讨论了钼酸钠的用量对最终产物形貌和性能的影响。当用作超级电容器电极材料时,所制备的空心Co₁Mo₅ LDH在1 A/g的时候最多可提供578 F/g的比电容,当电流密度增加到10 A/g时,比电容保持在346 F/g。与活性炭组装成非对称超级电容器后,该储能器件在功率密度750 W/kg时,能量密度最大可达到21.25 W·h/kg。在5 A/g的电流密度下,经过15 000次充放电循环后,仍保持了90%的初始容量。     

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.     

MnO2/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能研究

我们以KMnO₄和石墨烯为原料,通过微波法、水热法和乙醇还原法制备了MnO₂/石墨烯复合材料,利用高分辨扫描电子显微镜（SEM）对样品的微观形貌进行了表征分析,并将所得复合材料制备成电极片,组装成超级电容器,采用恒电流充放电（GCD）、循环伏安（CV）、交流阻抗（EIS）在两电极体系下对电极材料进行电化学性能测试。实验结果表明,乙醇还原法所制得复合材料的微观形貌最好,其质量比电容最大可达180.54 F/g。     

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.     

石墨烯基电极材料在超级电容器中的应用

随着能源消耗的日渐增长,寻找低成本、环保、寿命长的储能设备迫在眉睫。在超级电容器领域,石墨烯电极材料以其高比电容、优异倍率性能、良好导电性等优势而受到广泛关注。对石墨烯材料的制备方法、电化学性能及相关机制做了总结,目的是研究不同结构的石墨烯材料对超级电容器性能的影响,并找到性能较为优异的石墨烯基材料。最后分析了石墨烯基电极材料发展中存在的问题,并对其研究前景进行了展望。     

聚苯胺/介孔炭复合材料的合成与电化学电容性能研究

利用化学聚合法合成聚苯胺/介孔炭复合材料,并将其用作超级电容器电极材料.采用氮气吸附技术和扫描电子显微镜对复合材料的结构进行了表征.在10 wt%硫酸为电解质溶液的三电极体系中,采用循环伏安和恒流充放电技术测试了复合材料的电化学电容性能.与纯的介孔炭电极材料相比,导电聚苯胺的引入使复合电极材料的比电容值显著提高.     

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.