正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的表面包覆改性研究

采用沉淀法对镍钴猛锂正极材料(LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2)分别以氧化钇(Y_2O_3)、磷酸钇(YPO_4)、氧化铝(Al_2O_3)和磷酸铝(AlPO_4)行了表面包覆。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、电化学交流阻抗谱(EIS)及恒流充放电等方法表征了材料的结构、形貌及电化学性能。结果表明,包覆剂没有改变材料的晶体结构,可以均匀包覆在LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2材料表面,并且显著提高了材料的电化学性能。在2.5~4.5V电压范围和20mA/g电流密度下,包覆0.5%AlPO_4的材料首次放电容量为198.6mAh/g,50次循环后材料的放电容量保持到196.1mAh/g,而包覆Y_2O_3、YPO_4、Al_2O_3的材料其电化学性能均低于AlPO_4包覆材料。     

泡沫镍负载球状NiCo_2O_4电极的制备及超级电容性能研究

采用水热法在泡沫镍上生长了球状钴酸镍(NiCo_2O_4)电极材料,利用扫描电镜(SEM)观测了纳米球的表面形貌,利用X射线衍射(XRD)分析了纳米球的结构,通过循环伏安、恒流充放电测试了电极的超级电容性能。结果表明:球状NiCo_2O_4直径500~600nm,均匀生长在泡沫镍骨架上,球状之间存在空隙,可以增大与电解液的接触面积。在电流密度为1A/g,NiCo_2O_4/泡沫镍复合电极放电比电容为970F/g,循环1000次后比电容仍保持在844F/g,放电比容量保持率为82.5%,具有优异的超级电容性能。     

泡沫镍负载Co_3O_4纳米线制备及其超电容性能研究

以硝酸钴、尿素为原料,泡沫镍为基底,通过水热、煅烧法制备了Co_3O_4纳米线阵列,并采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜及X射线衍射对Co_3O_4纳米线的微观形貌及晶体结构进行了分析。采用电化学工作站测试了Co_3O_4纳米线阵列作为超级电容器电极的电化学性能。结果显示:Co_3O_4纳米线阵列作为超级电容器电极材料在5mA/cm~2的电流密度下,具有高达1670F/g的比电容。同时显示出良好的倍率特性和较高的循环稳定性,应用前景良好。     

MnO2/NiCo2O4复合材料的控制合成及其电化学性能研究

采用两步合成法制备了MnO_2/NiCo_2O_4核壳结构纳米棒,使用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和电化学工作站研究了其形貌特征和电化学性能。研究结果表明,在α-MnO_2纳米棒上生长了均匀的NiCo_2O_4纳米片,这种核壳结构纳米棒所制备的电极在充放电电流密度为0.5A/g时比电容达到了434F/g,明显比纯α-MnO_2的比电容(256F/g)高,循环测试2 000次后,比电容保留量为91.8%,表现出了优秀的电化学性能,具有广阔的应用前景。     

二次水热法制备鸟巢状TiO2/Co3O4纳米结构及其锂电性能

以TiO_2粉末和NaOH为原料,在机械外力场作用下,采用水热法制备TiO_2纳米线。随后将得到的TiO_2纳米线与六水合硝酸钴(Co(NO_3)_2·6H_2O)和尿素(Urea)共同水热反应制备TiO_2/Co_3O_4纳米结构材料。分别利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电池充放电测试仪和电化学工作站等,对材料的相组成、微观形貌、锂电性能和阻抗性能进行测试。结果表明,TiO_2/Co_3O_4纳米复合材料为鸟巢状结构,其在33.5mA/g电流密度下恒电流充放电的首次放电容量为777mAh/g,充电容量为759mAh/g,100次循环后的可逆容量仍保持在663mAh/g,具有良好的循环稳定性和电化学特性。     

一步合成还原氧化石墨烯/MnO2复合材料及其电化学性能

通过水热法, 利用氧化石墨烯(GO)和二价锰盐, 一步合成了还原氧化石墨烯/MnO₂(RGO/M)复合电极材料。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、傅里叶红外光谱(FTIR)和场发射扫描电镜(FESEM)等测试电极材料的物性, 通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等方法研究电极材料的电化学性能。结果表明, 在一定水热反应条件下, 通过控制GO与二价锰盐配比, 可以调节RGO/M的结构及其电化学性能。在1 A/g电流密度下, 所得RGO/M复合电极的比电容可达277 F/g, 经过500次循环后, 保持率达到98%。     

镧离子电化学掺杂聚苯胺薄膜电极及其电容性能

采用循环伏安法(CV)制备了聚苯胺(PANI)和掺杂镧离子的聚苯胺(PANI/La~(3+))薄膜电极。利用傅里叶红外光谱、X射线衍射、场发射扫描电镜和X射线能谱仪对其结构和形貌进行了分析。通过循环伏安、恒流充放电(CP)及交流阻抗(EIS)等测试其电化学性能。结果表明,在0.5mol/L H_2SO_4电解液中,当电流密度为5mA/cm~2时,掺杂镧离子的聚苯胺比电容相对聚苯胺薄膜电极提高了100F/g,且镧离子掺杂后的聚苯胺循环稳定性明显改善。     

发射状OMS-2型MnO2的制备及其超级电容性能

在不同的反应时间下水热法控制制备发射状超级电容器用MnO2电极材料,采用X射线衍射光谱(XRD)、扫描电镜(SEM)表征其结构,采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗研究其电化学电容性能。结果表明,制备的MnO2为隐钾锰矿型,具有发射状结构,随着反应时间的延长,MnO2的晶型从不完善逐渐变得完善,发射状结构逐渐明显、增大,并且MnO2辐射出的每根单枝从较细的纳米刺逐渐生长为四方结构的纳米棒;在5mA/cm2的电流密度下,最高比电容达到了448F/g;随着反应时间的增加,MnO2电极的比容量先增长再降低。     

木质素基模板炭的制备及电化学性能

以造纸黑液碱木质素为碳前驱体、硅藻土为模板,采用高温烧结和水热活化制备有序排列的硅藻土模板炭.利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对其进行分析与表征,并通过测试恒电流充放电、循环伏安法、交流阻抗、循环寿命等来研究其电化学性能.结果表明:所制备的模板炭生长在硅藻土的孔隙中,呈现出中空管状结构.当木质素/硅藻土质量比为1:1,将其于900℃烧结2 h后,再通过180℃水热反应活化10 h,制备的模板炭电极材料具有较好的电化学性能.在电流密度为0.5 A/g时,该材料的质量比电容可达207.65 F/g;而在电流密度为2 A/g时,经过5000次循环充放电后,其比电容保持率仍达到95.4％,这表明所制备的木质素基模板炭材料具有良好的电化学性能.     

Mn2+掺杂聚苯胺的电化学制备及电容特性

在硫酸介质中以苯胺和MnSO4·H2O为单体,采用循环伏安法(CV)合成了Mn2+掺杂的聚苯胺(PANI)。利用红外光谱、X射线衍射、场发射扫描电镜等手段对其结构和形貌进行了表征。在0.5mol/L H2SO4电解液中,对合成的粉末构成的电极进行了循环伏安、恒流充放电(CP)及交流阻抗(EIS)等电化学性能测试。结果表明,电化学合成Mn2+掺杂的PANI有良好的电化学电容性,以5mA/cm2的电流密度放电时比电容高达859F/g,循环500次后比电容保持在540F/g,是一种具有优良应用前景的超级电容器材料。     

Zn2+诱导棱柱状四氧化三钴的制备及在葡萄糖传感器中的应用

以硝酸钴、硝酸锌、尿素、氟化铵为原料,泡沫镍为基体,在水热法的基础上,利用两性金属的特点,通过引入Zn²⁺离子,并结合碱洗过程,在泡沫镍基体表面合成了高纯度独特的棱柱状Co₃O₄纳米团簇纤维。制备的Co₃O₄/Ni电极的形貌及成分通过扫描电子显微镜与X射线衍射进行了表征,电极的电化学性能利用循环伏安法与计时电流法测试,测试均在1mol/L KOH溶液中进行。结果表明:利用Zn²⁺诱导在泡沫镍表面制备的Co₃O₄呈现一种棱柱状纳米团簇纤维结构。这种结构的Co₃O₄纳米材料具有高的比表面积,在对葡萄糖检测过程中表现出优越的电化学性能,当其作为电极,表现出检测灵敏度高[23430μA/(mmol/L·cm²)],检出限低(1.547μmol/L)和线性检测范围宽(0~2.75mmol/L)的特点。抗干扰实验在+0.5Vvs.SCE进行,结果显示制备的Co₃O₄/Ni电极对葡萄糖具有优异的选择性。因此可应用于无酶葡萄糖传感器的电极材料来改善现有无酶葡萄糖传感器材料响应范围小,灵敏度低等问题。     

Three-dimensional sea urchin-like MnCo2O4 nanoarchitectures on Ni foam towards high-performance asymmetric supercapacitors

To construct supercapacitors (SCs) with high-efficient electrochemical properties, the morphology and structure of applied electrode materials are the key factors. Herein, three-dimensional (3D) sea urchin-like MnCo₂O₄ nanoarchitectures grown on Ni foam (NF) were successfully synthesized via a simple solvothermal method and subsequent annealing treatment. Electrochemical tests revealed that the area specific capacitances of the MnCo₂O₄ electrode and the corresponding assembled asymmetric device can achieve 1634 and 522 mF·cm⁻², respectively. When the power density of the assembled asymmetric supercapacitor (ASC) is 2.25 mW·cm⁻², the maximum energy density can reach 0.163 mW·h·cm⁻². After 5500 cycles of long-term stability test, the capacity retention rate maintains 91.7%. The excellent electrochemical performance can be mainly ascribed to the unique nanostructure of the material, which provides a great quantity of electroactive sites for Faraday redox reactions as well as accelerates the process of the ions/electrons transport. This work provides a certain reference value for the preparation of MnCo₂O₄ electrode with novel structure and excellent electrochemical performance for SCs.     

镍掺杂四氧化三钴纳米线阵列的制备及其超级电容特性

采用直流电化学沉积与高温氧化相结合的合成方法, 在氧化铝模板的辅助下, 成功制备了一种新颖的Ni掺杂的Co₃O₄纳米线阵列, 利用X射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜等对所制备的纳米线阵列的物相和形貌进行了表征, 结果表明：所制备的Ni掺杂Co₃O₄纳米线形貌和尺寸均匀、垂直于基底排列, 纳米线的平均直径约为80 nm, 长度约为1.4 μm, 整个纳米线由纳米颗粒堆积而成, 其中Co : Ni的比例约为20 : 1。利用循环伏安和恒流充放电技术在2 mol/L的KOH电解液中对材料的电化学性能进行了测试, 结果显示所制备的纳米线阵列具有优异的电化学电容特性, 当电流密度为10 mA/cm²时, 纳米线阵列的面积比电容为173 mF/cm², 经过1000次充放电后, 比电容值仍能保持最初值的98%, 表现出良好的循环稳定性。优异的性能可归因于材料的比表面积较大以及镍掺杂后材料导电特性的提高。     

泡沫镍负载石墨烯/钯复合电极催化H2O2电还原研究

采用简单的一步浸渍法制备了还原氧化石墨烯-贵金属Pd复合改性的泡沫镍电极,采用X射线衍射和扫描电镜对复合电极的微观结构和表面形貌进行分析,通过循环伏安法、线性伏安法、计时电流法对H₂O₂还原反应的催化活性及稳定性进行了测试。结果表明,石墨烯包覆在泡沫镍骨架表面,在石墨烯内均匀分散着贵金属Pd纳米颗粒,直径约为100nm。该复合电极对H₂O₂电还原表现出较好的催化性能。在1mol/L NaOH+0.5mol/L H₂O₂混合溶液中,电位为-0.5V时,电流密度可达164mA/cm²,同时表现出较好的稳定性。     

A two-step approach to synthesis of Co(OH)2/γ-NiOOH/reduced graphene oxide nanocomposite for high performance supercapacitors

A two-step approach was reported to fabricate cobaltous?hydroxide/γ-nickel?oxide?hydroxide/reduced graphene oxide (Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO) nanocomposites on nickel foam by combining the reduction of graphene oxide with the help of reflux condensation and the subsequent hydrothermal of Co(OH)₂ on RGO. The microstructural, surface morphology and electrochemical properties of the Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO nanocomposite were investigated. The results showed that the surface of the first-step fabricated γ-NiOOH/RGO nanocomposites was uniformly coated by Co(OH)₂ nanoflakes with lateral size of tens of nm and thickness of several nm. Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO nanocomposite demonstrated a high specific capacitance (745 mF/cm² at 0.5 mA/cm²) and a cycling stability of 69.8% after 1000 cycles at 30 mV/cm². γ-NiOOH/RGO//Co(OH)₂/γ-NiOOH/RGO asymmetric supercapacitor was assembled, and maximum gravimetric energy density of 57.3 W?h/kg and power density of 66.1 kW/kg were achieved. The synergistic effect between the highly conductive graphene and the nanoflake Co(OH)₂ structure was responsible for the high electrochemical performance of the hybrid electrode. It is expected that this research could offer a simple method to prepare graphene-based electrode materials.     

用于超级电容器的还原氧化石墨烯/NixMn1-x/2O2复合材料的电化学性能

MnO₂为有前景的超级电容器正极材料,具有较高的理论比电容及良好的循环稳定性,但电子电导性不佳限制了其应用。采用一步水热法制备了还原氧化石墨烯（RGO）/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料。通过XRD、SEM、TEM、FTIR、电化学分析等手段对制备的RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂物相组成、微观形貌和电化学性能进行了表征和分析。电化学测试结果表明：Ni元素的引入提高了MnO₂的电容性能,以水热法制备的MnO₂的比电容为66 F/g （扫描速度10 mV/s）,而Ni元素掺杂量x=0.02时,Ni_0.02Mn_0.99O₂比电容为111 F/g;材料中引入RGO后,RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂复合材料电容性能进一步提高,加入2wt%的RGO时,RGO/Ni_0.02Mn_0.99O₂的比电容为136 F/g。RGO的引入提高了活性材料的电子迁移速率,Ni元素的掺杂造成了MnO₂晶格中存在适量的点缺陷,提高了其导电性。以RGO/Ni_xMn_1-x/2O₂为正极的超级电容器可同时具备双电层电容器和赝电容器的优点,以Ni掺杂MnO₂和RGO的负载协同提高了该复合材料电化学性能。     

M3O4(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体的简易制备及超电容性能研究

高熵氧化物以其独特的结构和潜在的应用前景引起了越来越多的关注。本工作采用简单易行的固相反应法制备了M₃O₄(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体, 采用不同手段对粉体进行表征, 并采用涂覆法制备了 M₃O₄/泡沫镍(M₃O₄/NF)复合电极, 研究其超电容性能。结果表明, 随着煅烧温度升高, Fe₂O₃(H)/Co₃O₄(S)/Cr₂O₃(E)和Mn₂O₃(B)相继固溶进入尖晶石主晶相晶格; 在900 ℃煅烧2 h所得M₃O₄粉体的平均粒径为0.69 μm, 具有单一尖晶石结构(面心立方, Fd-3m, a=0.8376 nm), 且Fe、Co、Cr、Mn和Mg五种元素在晶粒内均匀分布, 呈典型的高熵氧化物特征。此外, M₃O₄/NF复合电极在1 mol/L KOH的电解液中, 当电流密度为1 A·g^-1时, 其质量比电容达到193.7 F·g^-1, 可见M₃O₄高熵氧化物在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。     

碳包覆介孔四氧化三铁纳米阵列:高性能Ni/Fe水相电池阴极材料

阴极材料的开发对于可充电水相电池的发展具有重要意义.本文通过自牺牲模板法和碳包覆法相结合制备了碳包覆介孔Fe₃O₄纳米阵列阴极材料(Fe₃O₄@C MNAs).得益于包覆碳层、介孔结构和纳米阵列结构的优异特性, Fe₃O₄@C MNAs电极表现出良好的倍率性能和优秀的循环稳定性.在组装的Ni/Fe电池器件中, Fe₃O₄@C MNAs表现出较高的能量密度及功率密度(在能量密度为213.3 W h kg^-1时功率密度为0.658 kW kg^-1和在功率密度为20.7 kW kg^-1时能量密度为113.9 W h kg^-1)和出色的循环稳定性(约5000次循环后保持81.7%).     

微型超级电容器PPy/GO-RuO2复合膜电极的制备与电化学性能

为了解决氧化钌(RuO₂)沉积电位过高, 难以在三维微结构金属集流体上直接沉积的问题, 提出采用分步电沉积方法在微三维结构镍(Ni)集流体上制备RuO₂复合膜电极, 即先在三维微结构Ni集流体上沉积聚吡咯/氧化石墨烯(PPy/GO)薄膜作为基底, 经热处理后, 在基底上二次沉积出RuO₂颗粒, 最后再对RuO₂复合薄膜进行二次热处理。扫描电子显微镜(SEM)观察显示, 随着热处理温度的升高, 薄膜表面多孔结构增多, 达到了提高膜电极结构孔隙分布的目的。能量分散谱(EDS)和X射线光电子能谱分析(XPS)表明, 薄膜中无定形RuO₂·xH₂O的存在保证了膜电极的大比容量。电化学性能测试结果表明, 经105℃处理后的膜电极电化学性能最佳, 比电容为28.5 mF/cm², 能量密度为0.04 Wh/m², 功率密度为14.25 W/m²。采用分步电沉积方法制备出的RuO₂复合薄膜是一种良好的MEMS超级电容器电极材料。     

Feather-like NiCo2O4 self-assemble from porous nanowires as binder-free electrodes for low charge transfer resistance

The unique feather-like arrays composing of ultrathin secondary nanowires are fabricated on nickel foam (NF) through a facile hydrothermal strategy. Thus, the enhancement of electrochemical properties especially the low charge transfer resistance strongly depends on more active sites and porosity of the morphology. Benefiting from the unique structure, the optimized NiCo₂O₄ electrode delivers a significantly lower charge transfer resistance of 0.32 Ω and a high specific capacitance of 450 F·g⁻¹ at 0.5 A·g⁻¹, as well as a superior cycling stability of 139.6% capacitance retention. The improvement of the electrochemical energy storage property proves the potential of the fabrication of various binary metal oxide electrodes for applications in the electrochemical energy field.