介孔碳/石墨烯复合材料的制备及在超级电容器中的应用

以棕榈树须作为天然碳源和模板,利用化学气相沉积法制备出介孔碳/石墨烯复合材料,研究了复合材料的超级电容器性能。通过扫描电子显微镜、Raman光谱、比表面及孔径分析等对材料的形貌、结构、比表面积和孔径分布进行表征。采用循环伏安和恒电流充放电方法研究了超级电容器在1 mol/L H_2SO_4电解质溶液中的电化学性能。在三电极体系和1 A/g条件下,材料电容达到144 F/g。在二电极体系下,材料电容达到138 F/g,比三电极略有降低。同时,倍率性能优异,20 A/g条件下电容为78 F/g,与三电极体系接近。     

高比容量酚醛树脂基介孔炭@NiCo2S4制备及电容性能

以甲醛和间苯二酚为碳前驱体,以尿素为氮源,制备出一种酚醛树脂基氮掺杂介孔炭微球(NMC)。然后在其上通过水热法合成NMC@NiCo₂S₄复合材料。采用元素分析、傅里叶变换红外光谱、N₂吸附、X射线衍射及扫描电子显微镜对NMC@NiCo₂S₄的结构进行了研究。将其作为活性物质组装成三电极进行了电化学性能测试。结果显示,当电流密度为1 A/g时,该复合材料比电容高达1010.17 F/g。在1000次充放电循环后,电容保持率为113.28%。所得NMC@NiCo₂S₄可作为高性能超级电容器电极材料。     

NiMn2O4/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能

采用水热法制备了NiMn₂O₄/还原氧化石墨烯（NiMn₂O₄/rGO）复合电极材料,研究了石墨烯对NiMn₂O₄/rGO材料形貌、微观结构及电化学性能的影响。结果表明：NiMn₂O₄纳米片沉积在石墨烯片的表面,聚集现象消失。与纯NiMn₂O₄相比,NiMn₂O₄/rGO具有高的比表面积和优良的电化学性能。在1A/g时具有1375F/g的比电容,而纯NiMn₂O₄的比电容为924F/g。5000次充放电后,NiMn₂O₄/rGO在5A/g时的比电容保留率为90%,而NiMn₂O₄的比电容保留率为78%。NiMn₂O₄/rGO表现出良好的电容性能,作为超级电容器电极材料具有广泛的应用前景。     

水热组装合成石墨烯/聚苯胺/石墨烯复合电极材料的研究

通过在氧化石墨烯表面原位聚合苯胺制备聚苯胺阵列/石墨烯复合物,再将一定量的石墨烯加入到复合物分散液中,经水热反应制备了石墨烯/聚苯胺/石墨烯复合材料。利用SEM和FT-IR对其形貌和结构进行了表征,讨论了投料比、水热温度及水热时间对材料电化学性能的影响。结果表明,质量比PGO∶GO(后加的)=15∶1,180℃下水热反应4h,所得样品用作超级电容器电极时,表现出优异的电化学性能,当电流密度为1A/g时,其比电容为553F/g;且在电流密度为20A/g,1000次恒电流充放电后,其比电容保持率高达94.2%。     

石墨烯/δ-MnO2复合材料的制备及其超级电容器性能

采用螯合法制备了RGO/δ-MnO₂复合材料,并用X射线粉末衍射（XRD）、低压氮气吸附脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱（EDS）、热重（TGA）对其结构和物相进行表征。采用循环伏安测试（CV）、恒电流充放电（GCD）以及循环测试对所制材料电化学储能进行测试。结果表明RGO/δ-MnO₂复合材料比纯石墨烯和纯δ-MnO₂具有更优异的电化学性能。当电流密度为1 A·g^-1时,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容可达322.6 F·g^-1,比纯δ-MnO₂电极材料高234.2 F·g^-1,比纯石墨烯高212.1 F·g^-1。当电流密度放大10倍后,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容保留率为79.1%。在1000次恒流充放电测试后,比电容为252 F·g^-1（99.6%）,说明该方法制备的RGO/δ-MnO₂复合材料是一种有应用前景的超级电容器电极材料。     

硼/氮共掺杂多孔碳纳米片的制备及其电化学性能

以煤系腐殖酸铵为前体,硼酸为多功能助剂,在700℃和800℃下一步炭化成功制备了B/N共掺杂多孔碳纳米片,并考察了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,该B/N共掺杂多孔碳纳米片具有发达的孔结构和较高的中孔率（36.15%和40.84%）,富含氮（6.04%和6.01%）、硼（3.97%和4.18%）、氧（17.01%和16.87%）等杂原子,赋予相应电极材料较好的导电性、良好的润湿性和快速的离子扩散性能。BNHC-700和BNHC-800在0.05A/g电流密度下的比电容分别为114F/g和118F/g,后者还具有优异的倍率性能（5A/g下的比电容保持率高达75.21%）。BNHC-700和BNHC-800的循环稳定性良好,在2.5A/g电流密度下10000次恒流充放电后的比电容保持率分别高达99.84%和98.57%。     

硫、氮共掺杂三维石墨烯的全固态超级电容器

石墨烯以其超高导电性和超大比表面的独特优势常被应用于对称超级电容器的电极材料，然而二维石墨烯纳米片层间的范德华力容易导致片层堆叠。并且水溶液作为电解质组装的超级电容器在充电过程中可能发生水分解反应导致充电电压受限从而极大地降低它的能量密度。基于此，本研究采用水热法制备了硫、氮共掺杂的三维石墨烯气凝胶电极材料，研究了石墨烯材料的微观形貌、表面化学性质及水热反应时间对材料电化学性能的影响。结果表明：S,N-rGO-2具有发达的孔结构和高含量的杂原子。在5mV/s的扫描速率下比电容高达358.5F/g，使用固态电解质组装的全固态超级电容器充电电压可以达到1.8V，在1A/g的电流密度下比电容高达118.3F/g，能量密度达到14.9Wh/kg，并且10000次充/放电后的比电容保留率和库仑效率均接近100%。S,N-rGO-2表现出优异的双电层电容性能，可作为有潜力的超级电容器电极材料。     

基于氧化铁/生物质碳复合材料的高性能超级电容器研究

为改善碳材料比电容低的问题以及氧化铁（Fe₂O₃）导电性和循环稳定性差的问题,采用氧化铁修饰生物质衍生碳（ATC）表面制备氧化铁/生物质碳（Fe₂O₃/ATC）复合材料,通过氧化铁和生物质衍生碳的协同效应使复合材料获得更高的比电容和更好的稳定性。利用扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼（Raman）光谱等技术手段对样品进行了表征。结果表明,制备的复合材料存在一定的孔隙结构,氧化铁纳米粒子被锚定在碳表面。当氧化铁和生物质衍生碳的质量比为1:1时,制备的复合材料具有最优的电化学性能,在3.0 mol/L氢氧化钾溶液中显示出430.8 F/g（电流密度约为1.0 A/g）的高比电容,电流密度增大20倍时电容保持率大于60%。将其作为负极构建的不对称超级电容器具有较高的电压窗口（0~1.6 V）,并且实现了39.1 W·h/kg的高能量密度;同时表现出优异的循环稳定性,在电流密度为10 A/g下循环5 000次后拥有111%的电容保持率。     

煤基石墨烯/炭纳米纤维复合材料的制备及其电化学性能

作为一种高性能新型储能器件,超级电容器具有功率密度高、充电时间短、绿色环保等诸多优点,决定超级电容器性能的关键因素是电极材料的性能。以煤为原料,通过高温热处理、化学氧化及等离子体还原技术制备得到煤基石墨烯;进一步将煤基石墨烯与聚丙烯腈(PAN)通过静电纺丝技术复合制备得到煤基石墨烯/炭纳米纤维(PM-CG)复合材料,以期借助于石墨烯所具备的高导电性、电子迁移率等性能获得具有优良电化学性能的电极材料。采用物理吸附仪、扫描电镜以及透射电镜等仪器对所制备的炭纳米纤维进行了表征,并通过电化学工作站研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,煤基石墨烯成功掺杂到炭纳米纤维中,所制备的PM-CG复合材料在6 mol/L KOH电解液中的比电容值可达225.1 F·g~(-1),是同样条件下纯PAN炭纳米纤维比电容值的2.57倍。     

谷胱甘肽辅助水热合成NiCo2S4电极材料及其电化学性能

超级电容器作为一种新型储能器件，凭借其高功率密度和超长的使用寿命等优点，已被实际应用于多个领域。在超级电容器组成部件中，电极材料对器件性能优劣起着关键作用，因此制备电化学性能优异的电极材料具有重要意义。采用乙酸镍、乙酸钴为原料，还原型谷胱甘肽(GSH)为形貌控制剂和硫源，通过水热法制备Ni Co₂S₄电极材料，并研究了水热反应时间对Ni Co₂S₄微观结构、形貌、电化学性能的影响。结果表明：在GSH作用下制备的Ni Co₂S₄材料呈现“蛋黄–蛋壳”结构；当电流密度为0.5 A/g时，比电容为1 552.7 F/g；在电流密度为10 A/g条件下可以保持61.3%的比电容；经过2 000次循环后，Ni Co₂S₄电极材料的比电容保持率可以维持在79.3%。分别以Ni Co₂S₄与活性炭为正负极组装一个混合型超级电容器，在功率密度为800 W/kg时可以提供33.9 W·h...     

超盐环境下含氮碳气凝胶的制备及其在超级电容器中的应用

多孔碳材料因其优异的导电性和稳定性,以及成本低廉等优点而成为当今的研究热点之一。以苯酚、甲醛和三聚氰胺为原料,利用高浓度氯化锌来提供超盐环境,经溶剂热反应后,在氮气中800℃下热解制得了含氮碳气凝胶(NCA)。扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和氮气吸附等表征结果表明,该含氮碳气凝胶具有分级多孔蜂窝状结构,其比表面积高达729.6 m2/g。采用三电极测试体系测试了含氮碳气凝胶的电化学性能,结果表明,在三电极体系中,以0.5 mol/L H₂SO₄作为电解液,含氮碳气凝胶在电流密度为1 A/g时比电容达到350.7 F/g;在电流密度为20 A/g时,经过10000次充放电后,含氮碳气凝胶的电容保持率仍高达97.8%。在双电极体系中,含氮碳气凝胶在800 W/kg的功率密度下,能量密度可达26.8 (W·h)/kg。上述结果表明,该含氮碳气凝胶是一种非常理想的超级电容器电极材料。     

橡胶木纤维素纳米纤丝/二氧化锰/碳纳米管柔性电极材料的制备及表征

以橡胶木为原料,通过化学处理得到橡胶木纯化纤维素(PCF),在此基础上通过高速剪切结合超声波处理制备得到纤维素纳米纤丝(CNF)。通过单相合成法制备二氧化锰(MnO₂)纳米片。以CNF为结构支撑体,MnO₂纳米片和碳纳米管(CNTs)作为活性电极物质,通过真空抽滤的方式制备CNF/MnO₂/CNTs柔性电极材料。采用多种手段对CNF、MnO₂以及电极材料的结构性能进行表征,并测试了电极材料的电化学性能。结构性能表征结果表明：CNF的直径为3~10 nm,具有大的长径比,是很好的结构支撑体,CNF为纤维素Ⅰ型结构;MnO₂纳米片为片层花瓣状结构,晶型为δ型。电化学性能测试结果表明：在扫描速率为50 mV/s时电极材料的比电容值为78.45 F/g,在电流密度为0.1 A/g时的电极材料比电容值为97.02 F/g,在低频区时,交流阻抗(EIS)曲线的直线部分斜率较大,表明电极材料具有良好的电容特性,在200次充放电循环测试过程中,电极材料的电容保留率始终维持在99%左右,表明该电极材料具有良好的电化学性能并且具有一定的柔性变形能力,可用作超级电容器的电极材料。     

Physical and electrochemical characterization of hydrous ruthenium oxide/ordered mesoporous carbon composites as supercapacitor

Ruthenium oxide/ordered mesoporous carbon composites materials were prepared by impregnating an ordered mesoporous carbon CMK-3 with RuCl₃ · xH₂O solution followed by annealing in nitrogen atmosphere from 80 to 400 °C. The content of ruthenium oxide in the composites ranged from 10.0 to 30.7 wt.%. X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), nitrogen adsorption measurement and transmission electron microscopy (TEM) were used to characterize the composites. The results showed that the ruthenium oxide deposited on CMK-3 mesoporous carbon was hydrous and amorphous when annealed up to 400 °C. The specific capacitance of the composites was determined by cyclic voltammetry. Such composites had high specific capacitance, which was derived from the high specific surface area of CMK-3 mesoporous carbon and the pseudo-capacitance of amorphous RuO₂. In addition, the specific capacitance depended on the annealing temperature and the RuO₂ content. As the temperature increased, the specific capacitance decreased. In contrast, the specific capacitance increased with higher RuO₂ content and reached 633 F/g with a heavy content. However, as the RuO₂ content increased, its contribution to the pseudo-capacitance became poorer. The rate capability of the composite electrodes also decreased as a function of RuO₂ content, due to an increase in the equivalent series resistance (ESR) and the overall capacitance.     

碳球@纳米片状钴镍金属氧化物核壳型复合材料的制备及其电化学性能

以葡萄糖为碳源，采用水热炭化法制备碳球，然后以氯化钴和氯化镍为钴源和镍源，六次甲基四胺为沉淀剂，采用水热法和高温处理合成一种核壳结构的碳球@钴镍金属氧化物纳米复合材料，并研究其作为超级电容器电极材料的储能性能。借助X射线衍射、扫描电镜和低温氮气吸附/脱附等对材料的形貌和结构进行表征。采用循环伏安、恒电流充放电及交流阻抗等对材料的电化学性能进行研究。结果表明：碳球的加入能有效改善钴镍金属氧化物的分散性，同时降低材料的电子转移阻力，进而提高其电化学性能。当电流密度为1A/g时，所得碳球@钴镍金属氧化物核壳型复合材料的比电容为984.8F/g；当电流密度增大10倍（10A/g）时，仍保留86.3%的初始比电容值。当电流密度为15A/g时，经过2000次恒电流充放电后复合材料的比电容量保持率为94.6%，体现出较好的循环稳定性能。     

介孔CoMn2O4/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能

采用共沉淀法制备了CoMn₂O₄/还原氧化石墨烯(CoMn₂O₄/rGO)复合电极材料,并研究了石墨烯含量对CoMn₂O₄/rGO复合材料形貌、微观结构及电化学性能的影响。结果表明:CoMn₂O₄纳米颗粒沉积在石墨烯纳米片的表面,随着石墨烯含量的增加,CoMn₂O₄纳米颗粒在r GO表面的分布逐渐均匀,聚集现象消失。CoMn₂O₄/rGO具有高的比表面积及优良的电化学性能,其中CoMn₂O₄/rGO20 (rGO质量分数为20%)电容性能最好,在电流密度1 A/g时具有1 420 F/g的比电容。CoMn₂O₄/rGO30(rGO质量分数为30%)的倍率性能和循环稳定性能最好。2 000次充放电后,样品CoMn₂O₄/rGO30在5 A/g时的比电容保持率为94%,样品CoMn₂O₄的比电容保持率为78%。     

基于油茶果壳的C/ZnO复合材料制备及其在铅碳电池中的应用

铅碳电池是一种新型的铅酸蓄电池，在一定程度上，铅碳电池可以抑制高倍率部分电荷状态（HRPSoC）下，负极出现的不可逆硫酸盐化现象。但由于碳材料的加入，铅碳电池会出现析氢等问题，另外如何进一步抑制负极不可逆硫酸盐化，仍然是铅碳电池面临的问题。通过溶胶-凝胶法制备油茶果壳C/ZnO复合材料，利用XRD、SEM、BET、EDS、电化学测量技术等手段对复合材料进行表征分析，结果表明，ZnO成功包覆在碳材料表面，由此获得Zn（Ac）₂∶油茶果壳碳材料的最佳质量比为1∶5.69，在该质量比下，油茶果壳结构得到较好的保留，比表面积为152.04 m²/g，添加C/ZnO复合材料的负极材料的比电容为5.25 F/g、电极电阻为0.22498 Ω。组装模拟铅碳电池，进行首次充放电、循环寿命测试，质量比为1∶5.69的油茶果壳C/ZnO复合材料相较于物理研磨对照样品材料电化学性能更好，其首次放电容量为177.6 mA·h/g，在250次循环后，容量保持率为64.3%。这表明，在负极材料中加入油茶果壳C/ZnO复合材料，能够有效抑制铅碳电池负极不可逆硫酸盐化和析氢现象。     

Three-dimensional strutted graphene loading manganese oxide for supercapacitor

Graphene has shown superiority for advanced carbon electrodes in supercapacitors, characterized by high power density but limited energy density. Combining pseudocapacitive materials with graphene can alleviate the problem. This work synthesized the three-dimensional strutted graphene (SG) via the ammonium-salt-assisted sugar-blowing method, and the self-supporting MnO₂/SG porous monolith was then constructed via growing manganese oxide (MnO₂) nanorod array on the SG support in hydrothermal process. When tested in supercapacitor, the MnO₂/SG hybrid electrode achieved a high specific capacitance of 343.6 F·g^-1 at a current density of 0.5 A·g^-1, exhibiting excellent cycling stability with 83.8% capacitance retention after 5000 cycles. The symmetric supercapacitor further showed a high energy density of 11.93 W·h·kg^-1 at a power density of 500 W·kg^-1. The impressive result indicates a promising prospect of the excellent MnO₂/SG hybrid to be applied to electrochemical energy storage.