离子液体辅助条件下由稻壳合成超级电容器用多孔炭（英文）

本文以稻壳为碳源,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF_6)为模板和辅助活化剂制备了多孔炭材料(PCs).多孔炭的比表面积达1438 m~2·g~(-1),总孔容达0.75 cm~3·g~(-1).以PCs为超级电容器电极材料,6 mol·L~(-1)的KOH溶液为电解液组装成扣式电池,在0.05 A·g~(-1)的电流密度下,比电容高达256 F·g~(-1);当电流密度增大至10A·g~(-1),其比电容仍保持在211 F·g~(-1),展现出好的倍率性能.所得的多孔炭电极均表现出优异的循环稳定性.这一工作以BMIMPF_6作为模板和辅助活化剂,为合成生物质基超级电容器用多孔炭提供了一种新方法.     

具有高效电化学储能的中空网状笼还原氧化石墨烯（英文）

通过ZnO模板辅助电沉积法制备了中空网状笼还原氧化石墨烯,具有纳米管、多孔结构、网状结构和3D微米中空笼等多层次架构.这样的结构能够同时促进电化学活性物种的传输,提高电极材料的利用率,以及提升超级电容器性能.该类中空网状笼还原氧化石墨烯做超级充电器电极材料时表现出了优良的电化学性能,研究结果显示,在1.0 A·g~(-1)时比电容达到393 F·g~(-1).而且当电流密度从1.0 A·g~(-1)增加到20 A·g~(-1),电容仅衰减了21.2%,10000周循环后比电容损失小于1%,表明具有优异的电容稳定性.     

超级电容器用相互连接的类石墨烯纳米片

采用氧化镁模板耦合原位氢氧化钾活化法制备了超级电容器用煤焦油基相互连接的类石墨烯纳米片(IGNSs)。所制备的IGNS具有高达2887 m~2·g~(-1)的比表面积和大量的分级短孔。当作为超级电容器的电极材料时,在6 mol·L~(-1) KOH电解液中,于0.05 A·g~(-1)的电流密度下,IGNS显示出313 F·g~(-1)的高比容;在20 A·g~(-1)的电流密度下,IGNS的比电容为261F·g~(-1),显示了好的倍率性能;经过10000次循环测试后,其容量保持率为92.7%,展现了优异的循环稳定性。这一工作为从芳烃分子大规模生产高性能储能用类石墨烯纳米片提供了一种简单的方法。     

用于超级电容器的锰钴氧化物/碳纤维材料（英文）

设计开发高性能超级电容器的电极材料是缓解当代能源危机的迫切需要。本研究工作采用简单的水热法并结合后续煅烧处理的方法制备了锰钴氧化物与碳纤维的复合材料。该方法制备的复合材料中的锰钴氧化物可以均匀地分散在碳纤维表面,从而增加了电极材料与电解质的界面接触,提高了电极材料的利用率。因此,锰钴氧化物材料上可发生完全的赝电容反应。而且,碳纤维的加入降低了材料的电阻,使得锰钴氧化物与碳纤维的复合材料具有良好的电容性能。在电流密度为2 A·g~(-1)时,电容可达854 F·g~(-1)。在此条件下,2000次循环后,电容仍可维持在72.3%。因此,碳纤维负载锰钴氧化物的复合材料可用于提高超级电容器的电化学性能,并为制备高性能超级电容器的电极材料提供了新的策略。     

三氧化钼纳米带/石墨烯纳米复合材料的简单制备及其在超级电容器中的应用（英文）

采用简单的超声自组装法制备了石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料。最终产物的组成和结构采用多种不同的手段进行了表征,包括扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱以及热分析等。该复合材料可以用作超级电容器电极材料。电化学实验结果表明石墨烯/三氧化钼纳米带复合材料比电容可达到285.5 F·g~(-1),且在电流密度为1 A·g~(-1)时经过1 000次循环后其电容值能保持初始值的99.5%.     

用于高性能超级电容器的氮掺杂碳纳米网的制备

以菲为碳源、氨气为氮源,通过一步碳化、活化法成功制得了氮掺杂碳纳米网(NCNs)。在800℃下制得的样品(NCN_(800))具有独特的网状结构、大的比表面积(1 567 m~2·g~(-1))和高的原子百分含量(N 4.41%、O 13.71%)。归因于这些结构特征,工作电极NCN_(800)在三电极系统中显示出高的比电容(0.05 A·g~(-1)电流密度下比电容为542.3 F·g~(-1))。此外,用于对称超级电容器的NCN_(800)电极展现了高的比电容(0.05 A·g~(-1)电流密度下比电容为443.6 F·g~(-1))、良好的倍率性能(20 A·g~(-1)电流密度下比电容为341.2 F·g~(-1))以及优异的循环稳定性(经过30 000次循环后比电容保持率为93.5%)。     

大碳层间距的沥青基多级孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

基于KOH活化法,以纳米级片层多孔MgO为模板剂,制备大碳层间距的沥青基超级电容器用多级孔碳材料。考察了模板剂添加量对多孔碳材料孔分布、碳层间距等理化性能及电化学性能的影响。结果表明模板剂添加量为沥青质量的25%时,多孔碳材料比表面积、孔体积分别为2 634 m~2·g~(-1)、1.12 cm~3·g~(-1),碳层间距高达0.374 nm,用于超级电容器电极材料时,1和20A·g~(-1)电流密度下的比电容分别为338和277 F·g~(-1),经过10 000次循环恒电流充放电,1 A·g~(-1)下容量保持率为93.5%,展现了优异的电化学性能。     

香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用简易浸泡法和一步碳化/活化法制备香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料(NMCs),利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构形貌进行表征,并研究了其超级电容特性。测试结果表明,NMCs的微孔比表面积高达1 594 m~2·g~(-1),且拥有更高数量的含氮官能团,其吡啶型含氮官能团比例也有所提高,展现出优异的超级电容特性。在0.5 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达325 F·g~(-1),当电流密度上升到20 A·g~(-1)时,其比电容仍然高达180 F·g~(-1),表现出优异的倍率性能;同时,在5 A·g~(-1)的电流密度下,电极经历5 000次充放电循环后具有97.7%的比容量保持率,展现出优异的循环稳定性。这主要归因于NMCs超高的微孔比表面积和丰富的含氮官能团。     

柚子皮衍生的分级多孔碳作为高性能超级电容器的电极材料

使用CTAB作为软模板,水热处理柚子皮,再以碳化和KOH活化过程得到了分级多孔碳(HPC),这种分级多孔碳材料的比表面积高达1 813 m~2·g~(-1),相比于没有水热步骤制备的多孔碳(PC),拥有更加丰富的介孔结构和更大的比表面积。XPS分析结果表明HPC的氧掺杂量更高,会比PC贡献更大的赝电容。三电极测试体系中,HPC的比电容达到285 F·g~(-1)(0.5 A·g~(-1),1 mol·L~(-1)KOH)。同时,组装的两电极对称超级电容器拥有很好的倍率性能,循环12 000次充放电后,比电容依旧保留99%。HPC拥有这样优异的性能归结于较大的比表面积,高氧掺杂量和合理的孔径分布的协同作用。     

氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片构筑高性能超级电容器

首先采用溶液法在碳布上生长Co-MOF二维纳米片,通过高温退火和刻蚀后得到MOF衍生多孔碳纳米片。以Co-MOF衍生的多孔碳纳米片/碳布(CNS/CC)作为碳基骨架,采用电化学沉积法负载高活性氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs),制备得到分级多孔结构的N-GQD/CNS/CC复合材料。组装成自支撑且无粘结剂的N-GQD/CNS/CC电极,当电流密度为1 A·g~(-1)时,其比电容高达423 F·g~(-1)。通过储能机制和电容贡献机制的研究表明,在碳纤维上原位生长的具有高双电层电容的CNS和表面负载具有高赝电容的N-GQDs之间相互协同作用,使得N-GQD/CNS/CC电极具有高电容性能,是一种理想的超级电容器电极材料。电极材料的高导电、分级多孔结构有利于电子的传输和电解质离子的扩散,具有良好的动力学性能,能快速充放电和具有优异的倍率特性。将电极组装成对称型超级电容器,功率密度为250 W·kg~(-1)时对应的能量密度达到7.9 Wh·kg~(-1),且经过10 000次循环后电容保持率为91.2%,说明氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片复合材料是一种电化学性能稳定的具有高电容性能的全碳电极材料。     

棉布的功能化及在柔性电极中的应用

开发导电性强、柔性良好的电极基底材料对制备性能优越的柔性超级电容器具有重要意义。本研究利用聚多巴胺的黏附性和弱还原性在棉布表面形成连续分布金属银层。采用XRD,SEM对镀层的成分和形貌进行表征,对镀层的增厚率、表面方阻等进行分析,并探索了不同银溶液浓度对材料导电性和电化学性能的影响。结果表明,当银溶液浓度为15 g·L~(-1)时,材料方阻最小,且低于碳布电极,作为超级电容器柔性基底材料,对活性炭电极进行电化学性能测试,电流密度为1 A·g~(-1)时,电极的比容量达到233 F·g~(-1),是普通碳布基底的1.6倍,经过1000次长循环后电极的比容量增大1.02%。     

介孔碳/石墨烯复合材料的制备及其醌类改性电容性能

首先利用硬模板法制备出介孔碳/石墨烯复合材料,然后向复合材料中引入具有赝电容活性的醌类分子进一步增大材料的电容性能。研究结果表明,负载30%(w/w)叔丁基氢醌的介孔碳/石墨烯复合材料具有最佳的电容性能,在电流密度为0.5 A·g~(-1)时,比电容值为355 F·g~(-1);当电流密度高达30 A·g~(-1)时,其比电容值高达226 F·g~(-1),比电容保持率为64%,表现出良好的速率特性。     

MnO2/煤基碳纳米纤维的制备及其在柔性超级电容器中的应用

采用静电纺丝技术制备了柔性煤基碳纳米纤维(CBCNFs)。利用低温等离子体技术对CBCNFs进行改性,并将改性后的CBCNFs作为还原剂与KMn O4反应,以实现Mn O2的原位还原负载制备CBCNFs/Mn O2复合材料。通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等手段对复合材料的结构与形貌进行了表征;另外,研究了其作为柔性超级电容器电极材料的性能。结果表明,KMn O4∶CBCNFs=2∶1(质量比)条件下制备的复合材料(CBCNFs/Mn O2-2)具有良好的电化学性能。在0.1A·g-1电流密度下,CBCNFs/Mn O2-2的比电容高达118F·g-1,为CBCNFs比电容(26F·g-1)的4.5倍,在1A·g-1电流密度下,循环1000次后比容量保持率为97%,表现出良好的循环稳定性。     

Co-Al双金属硫化物/泡沫镍电极材料的制备及其超级电容性能研究

采用两步水热法直接将Co-Al双金属硫化物生长在泡沫镍上,成功制备了CoAl_2S_4/Ni电极材料。利用X射线衍射、扫描电镜和电化学测试等手段对其结构、形貌和超级电容性能进行了表征。结果表明,CoAl_2S_4/Ni电极材料呈现花瓣状的三维多孔结构,表面粗糙,这种结构有利于电解液和电极材料的充分接触,具有良好的导电性和比电容性能;当电流密度为1A/g时,电极的放电比容量高达2187.1F/g,循环100次后比电容的保持率为90.1%。相关研究可为超级电容器电极材料的制备及性能研究提供思路。     

炭化对沥青基活性炭纤维的结构和超级电容器性能影响

以450℃低温炭化的各向异性中间相沥青基炭纤维为原料,先通过KOH化学活化方法制备出活性炭纤维(ACFs),再对ACFs进行炭化改性,以提高ACFs的导电率,系统地研究了炭化温度对ACFs微观形貌、结晶度、孔结构和超级电容器性能的影响。结果显示:经过1 200℃炭化处理的ACFs(ACFs~(-1)200)电极具有优异的电化学性能,在0.1 A·g~(-1)电流密度下比容量高达204 F·g~(-1),1 000次循环后电容保持率达到97.0%;且电流增至20 A·g~(-1)时依然具有高比容量(149 F·g~(-1)),表明ACFs~(-1)200电极相比于未炭化的ACFs,其导电率、大电流密度下的比容量、循环保持率均显著提高。     

GR/MoO3柱状复合材料制备及其电容性质

以钼粉和氧化石墨为前驱物,在水热反应釜内,180℃反应12 h,制得了GR/MoO_3柱状复合材料。利用XRD和SEM表征了材料的结构和形貌。在三电极体系中,研究了GR/MoO_3复合材料的电容性质。当电流密度为0.5A·g~(-1)时,GR/MoO_3复合材料的比电容高达440 F·g~(-1),并且表现出良好的循环稳定性,是一种比较有潜力的电容性电极材料。     

氮掺杂高比表面多孔碳的一步化学活化法制备及其超电容性能

以聚氨酯发泡剂为碳源和氮源,以氢氧化钾为活化剂,采用一步化学活化法制备了具有高比表面积的氮掺杂活性炭。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附、X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、光电子能谱(XPS)对碳材料的微观形貌、组成、比表面积和孔道结构进行了表征。结果表明,在700℃活化的碳材料FC700具有最高的比表面积(2 740 m~2·g~(-1))和最大的孔容(1.27 cm~3·g~(-1)),这归因于KOH与泡沫的充分相互作用。在以6.0 mol·L~(-1)KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g~(-1)时,其比电容达到了452 F·g~(-1)。在组装的对称超级电容器中,其比电容达到了344 F·g~(-1),功率密度为247 W·kg~(-1)时对应的能量密度为11.9 Wh·kg~(-1)。在10 000次循环后电容保持率为98.03%,表现出优异的稳定性。FC700的优异电化学性能可能归因于高的比表面积,大的孔体积和氮原子的掺杂。     

CoNi_2S_4上电沉积NiS用于柔性固态非对称超级电容器（英文）

采用一种在CoNi_2S_4上电沉积NiS的有效方法来改善钴/镍硫化物的性能。CoNi_2S_4@NiS电极材料在1 A·g~(-1)时比电容达到1 433 F·g~(-1),并具有很好的倍率性能。CoNi_2S_4@NiS和还原氧化石墨烯组装成的柔性固态非对称超级电容器的能量密度在功率密度为800 W·kg~(-1)时达到36.6 Wh·kg~(-1),并且在10 000次充放电后表现出良好的循环性能,循环保持率达87.8%。     

碳海绵上电化学沉积Fe_2O_3纳米片及其增强电容性能

设计高性能的可压缩电极是实现可压缩电容器器件的关键,碳海绵(CS)具有理想的压缩形变,但却受制于有限的容量。本工作以CS为可压缩基底,通过恒电流沉积及低温热处理技术,在CS骨架上均匀沉积了α-Fe_2O_3纳米片。复合电极中Fe_2O_3的负载量随沉积时间的延长逐渐增加,且在沉积16 h后达到饱和。系统地考察了CS-Fe_2O_3复合电极在不同压力下的可压缩性能,并在三电极体系中,通过循环伏安、恒电流充放电等方法研究了CS-Fe_2O_3复合电极在3.0mol·L~(-1)KOH电解液中的电容性能。结果表明,当复合电极CS-Fe_2O_3压缩率减小时,电极的内阻增大,比电容相应减小。CSFe_2O_3-12电极在电流密度为1 A·g~(-1)时的最大比电容为294 F·g~(-1),且经过10000次恒电流充放电后,电容量仍然能保持初始值的81%,是一种潜在的电化学性能稳定的可压缩超级电容器电极材料。     

一种多羰基氮杂环镍基配位聚合物的合成及其超电容性能

过渡金属配位聚合物的结构中包含具有氧化-还原活性的过渡金属离子或原子簇,还可以包含具有氧化-还原活性的有机配体,这些特征使其具有作为高性能超级电容器电极材料的应用潜力。本文通过简单的溶剂热反应合成了一种镍基配位聚合物Ni-PAD (PAD=N,N′-二(1,2,4-三唑基)均苯四甲酰二亚胺),并首次研究了它作为超级电容器的电极材料的性能。研究结果表明：三电极体系下,Ni-PAD电极展示了高的放电比容量,较高的倍率性能和较好的循环稳定性。在1 A·g^-1电流密度下和1M KOH溶液中,其比电容最大可达1145 F·g^-1。在2 A·g^-1的电流密度下,循环1000次以后的电容保持率为43%。在1 A·g^-1下,由Ni-PAD和还原性氧化石墨烯(rGO)构筑的不对称超级电容器的能量密度和功率密度分别为28.13 Wh·kg^-1和0.76 kW·kg^-1。良好的超电容性能与Ni-PAD结构中含有氧化-还原活性的镍离子和配体,以及小尺寸的纳微米粒子有关。