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.     

NCM-碳纤维柔性超级电容器电极的制备及其电容性能

为提升超级电容器的电容性能,以柔性碳纤维为基底,以Ni、Co、Mn(NCM)三元金属氧化物为活性物质,制备得到NCM-碳纤维柔性超级电容器电极材料,通过改变实验参数,优化其形貌和性能.实验结果表明:NCM三元氧化物中Ni的含量能够极大地影响其形貌和电容性能,主要表现为随着Ni含量的增加,NCM三元氧化物由稀疏分布的片状结构逐步变为密集阵列分布的纳米线,纳米线直径很小,仅10 nm左右;NCM-碳纤维复合电极材料的比电容则随着Ni含量的增加而增加,最大可达720 F/g.当Ni、Co、Mn和O的物质的量比为3∶2∶2∶4时,NCM三元氧化物电化学性能最优,不但具有较大的比电容(662 F/g),且经2 000次循环后仍保有初始比电容的96.7%,说明电容器具有极好的循环稳定性.     

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%.     

PPy/Pani复合型导电高分子超级电容器的研究

采用恒电流法在聚吡咯(PPy)和聚苯胺(Pani)的相应单体溶液中制备了PPy和Pani的复合型导电高分子膜电极. 根据循环伏安曲线、充放电曲线和电化学阻抗谱,研究了超级电容器的电容性能. 结果表明, 聚合顺序对复合型导电高分子膜电极的电容性能有很大影响, 以PPy为底层的复合型电极的电容性能远高于其他复合型电极或单层膜电极. 不锈钢/PPy/Pani和不锈钢/PPy/Pani/PPy电极的比电容分别高达196.08 F/g和212.53 F/g.     

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).     

超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器作为一种新型的电化学储能元件,以充放电效率高、循环寿命长等优点引起研究者的大量关注,而电极材料是决定超级电容器性能的一个关键性因素。常见的电极材料主要有:碳材料、金属化合物材料和导电聚合物材料三大类。当它们单独作为超级电容器电极材料时,碳材料展现高功率密度和优异的循环稳定性,但其比电容较低;而金属化合物和导电聚合物材料具有高比电容,但由于它们导电性差,致使其循环稳定性和倍率性能较差。因此,超级电容器电极材料的研究关注点是碳材料与其他材料组成复合材料,以制备出兼具高比电容、良好循环稳定性和倍率性能的超级电容器电极材料。     

稻草秸秆基活性炭的制备及其电化学性能

以稻草秸秆为原料,在N_2气氛下,采用预碳化-碱活化的方法制备了活性炭材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N_2吸附-脱附等手段进行表征.结果表明,当活化温度为700℃时,制备的活性炭比表面积为2 743 m~2/g.将其用于超级电容器的电极材料显示了较好的性能,当电流密度为5 A/g时,比电容可达到380 F/g,循环充放电1 000次后,比电容值约为首次比电容的85%,具有较好的循环稳定性.     

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。     

壳聚糖水解技术对超级电容器电极材料性能的影响

壳聚糖是一类具备天然氮元素的海洋生物质,可作为制备超级电容器的前驱体,但溶解性质限制了其反应均匀性。本研究以壳聚糖为原料,利用自主研发的水解法制备壳寡糖均相溶液,作为前驱体制备超级电容器电极材料。实验采用了三电极体系对该电极材料多性能进行表征,包括循环性能、阻抗、元素分析、SEM、TEM、XRD等,探讨了水解工艺对电极材料综合性能的影响,并且与出发原料壳聚糖进行对比。结果表明：壳寡糖电极材料性能有了明显的提升,在电流密度为0.5 A g-1时比电容高达227.5 F g-1,具有优秀的循环稳定性,1000圈循环后比电容仍未有明显下降,且电极的膜阻抗和电荷转移电阻较小,说明该工艺制备的壳寡糖具有很好的超级电容器方面应用前景。     

MnO_2/CNTs复合材料的比表面积和负载量对超级电容器性能的影响

以多壁碳纳米管(CNTs)和高锰酸钾(KMnO_4)为原料,制备了MnO_2含量不同的MnO_2/CNTs复合材料。利用场发射扫描电镜和透射电镜观察了材料形貌的变化;利用氮气等温吸附研究了MnO_2含量对复合材料的比表面积和孔容的影响;并对复合材料进行了电化学性质测试。结果发现,MnO_2含量对复合材料的纤维直径、片层厚度及比表面积的影响显著;当KMnO_4的质量是碳纳米管的10倍时,所得复合材料的电容性能最优,比电容最高可达199F/g,归一化后MnO_2比电容最高可达255F/g。研究表明,当优化电极材料性质时,更大范围内的金属氧化物含量可能会影响到复合物的微观结构。     

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.     

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.     

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.      

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。     

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.     

聚乙烯醇-氢氧化钾-硫氰酸钾凝胶电解质在超级电容器中的应用研究

制备了一种具有氧化还原活性的聚乙烯醇-氢氧化钾-硫氰酸钾(PVA-KOH-KSCN)凝胶电解质,用于活性炭超级电容器的研究.利用循环伏安法、恒电流充放电、交流阻抗谱等电化学测试方法进行表征.结果表明,KSCN的引入提高了电解质的电导率和电极的电容.在相同电流密度时,以PVA-KOH-KSCN为凝胶电解质的超级电容器电极比电容比以PVA-KOH为凝胶电解质的提高了约73%,达到209.48F/g,此外,超级电容器还表现出良好的循环稳定性.     

MOFs衍生多孔碳/MnO_2复合材料及其在超级电容器中的应用

利用高比表面积、大孔隙率金属有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)作为牺牲模板,制备了MOFs(ZIF-8)衍生多孔碳材料(PCs),以其作为导电基底,在表面生长金属氧化物MnO_2,获得MnO_2/PCs复合材料并将其应用在超级电容器中.制备的复合材料具有良好的电化学电容性能,在三电极体系中,1 A·g~(-1)的电流密度下比电容可达199 F·g~(-1),经过2 000次充放电循环后,比电容仍能保持初始值的80%.使用MnO_2/PCs复合材料作为正极,PCs作为负极,组成的非对称型电容器MnO_2/PCs//PCs具有优异的电化学储能性能,在950 W·kg~(-1)的功率密度下,能量密度高达10.16 Wh·kg~(-1);而且当功率密度上升为9 500 W·kg~(-1)时,能量密度仍可以保持4.48 Wh·kg~(-1).     

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.     

MnO_2/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能研究

我们以KMnO_4和石墨烯为原料,通过微波法、水热法和乙醇还原法制备了MnO_2/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。     

NiCo2O4纳米材料在柔性超级电容器领域的研究进展

轻质、超薄、柔性和高性能的超级电容器是柔性超级电容器研究的目标,尖晶石结构NiCo₂O₄因其理论比电容高、成本低、电化学活性高,是柔性超级电容器电极材料领域的热点材料。近些年,为获得性能优异的柔性超级电容器,人们针对NiCo₂O₄基纳米材料开展了大量研究。主要从NiCo₂O₄基纳米材料的柔性导电基底的制备和选择、材料形貌调控及形成复合材料等提升材料性能的角度探讨NiCo₂O₄基柔性电极材料的研究进展,以期对后续研究提供参考。