有机添加剂对超级电容器中水系电解液理化性能的影响

以6 mol/L KOH水溶液为电解液,高比表面积的活性炭为活性物质,研究了有机添加剂对体系润湿性、电导率、工作电压窗口及阻抗的影响,测试了超级电容器的电化学性能。结果表明,适量添加有机添加剂可明显抑制体系的极化现象,提高超级电容器的工作电压窗口。添加10vol%异丙醇时,电极材料和电解液间的润湿性大幅提高,比电容从79.3 F/g提高至113.2 F/g。添加20vol%异丙醇时,超级电容器的能量密度达19.4 Wh/kg,体系的电荷转移电阻明显降低,在10 A/g电流密度下的比电容比0.5 A/g时下降13.9%,而不加添加剂时下降30.3%。添加30vol%异丙醇时,电解液电导率迅速下降,比电容降低,电导率是影响比电容的关键因素。     

Li_4Ti_5O_(12)/AC非对称型超级电容器的性能研究

本文采用青岛翰博科技有限公司提供的Li4Ti5O12电极材料和自制的AC/Li4Ti5O12复合电极材料分别与活性炭(AC)组装非对称型超级电容器,考察了恒流充放电等电容器性能。结果表明,在电流密度5 mA/cm2(289 mA/g)下,Li4Ti5O12/AC非对称型超级电容器的容量密度、能量密度、功率密度分别为51 F/g、56 Wh/kg、809 W/kg,高于对称型超级电容器(AC/AC)的电化学性能;并且当AC/Li4Ti5O12复合电极中Li4Ti5O12含量为30%时,AC/Li4Ti5O12/AC非对称型超级电容器的能量密度和功率密度相对较高,分别为117 Wh/Kg、760 W/Kg。     

Ni(OH)2/活性炭复合材料在超级电容器中的应用

用化学沉淀法在活性炭(AC)表面和微孔内掺杂不同量的氢氧化镍,制备了氢氧化镍-活性炭[Ni(OH)2-AC]复合材料. 用X射线衍射(XRD)和氮气吸附等温线等对活性炭和复合材料进行表征,结果表明,所制材料为b-Ni(OH)2-AC复合材料. 对不同掺杂量的b-Ni(OH)2-AC复合材料的电化学性能进行了研究,循环伏安、恒流充放电实验表明,少量氢氧化镍掺入活性炭表面和微孔中,所得材料的比电容较活性炭有所提高,并具有良好的充放电性能;当氢氧化镍的掺入量为6%(w)时,所制备的超级电容器单电极表现出优良的电化学性能. 以活性炭电极作负极,复合材料作正极制成复合型超级电容器,循环性能测试发现,掺入6%(w)氢氧化镍的复合材料制成的Ni(OH)2-AC/AC复合型超级电容器比电容高达330.7 F/g,比活性炭(AC/AC)超级电容器比电容(245.6 F/g)提高了34.6%,且Ni(OH)2-AC/AC复合型超级电容器具有更好的循环充放电性能.     

针状焦基电容器碳质电极材料的制备及电化学性能研究

以煤系针状焦生焦为原料，KOH为活化剂，制备了用于超级电容器电极材料的活性炭。以3 mol/L KOH为电解液，用三电极电化学系统测试了活性炭的电化学性质；考察了活化剂用量对活性炭电化学性质的影响。研究结果表明：活化过程中，随着碱含量的增加，活性炭的电化学性能逐渐提高。当碳碱比为1∶3时，活性炭的比表面积达到2572.7 m²/g；电流密度为1 A/g时，其质量比电容达到316 F/g。循环5000圈之后，比电容保持在95.7%，库仑效率保持在97.0%。采用两电极系统，进一步考察了活性炭的电化学性能，以1 mol/L Na₂SO₄为电解液，电压窗口拓宽至1.8 V，循环伏安曲线同样展现出良好的矩形，能量密度和功率密度分别为20.8 W·h/kg和230 W/kg。     

板栗壳生物炭高性能对称性超级电容器电极材料的制备及性能

以板栗壳为碳源（CC）,经700℃炭化（CC700）后采用ZnCl₂活化,成功制备了高性能的超级电容器电极材料（CC700-Zn）。对电极材料的形貌和性能进行测试,发现CC700-Zn具有3D孔道网络结构,比表面积达813.9m2/g,这种具有高比表面积的孔道结构为电子传输提供了通道。三电极体系中,1A/g时比电容可达506F/g,经过10000圈的循环之后其比电容仍能保持初始值的91%;二电极体系中,用CC700-Zn组装的对称性电容器在1A/g下的比电容为118F/g,CV的扫描速率可增大至220mV/s,电势窗宽0~6V。功率密度为900W/kg时,能量密度为53.1W·h/kg,当功率密度增加至27000W/kg时,能量密度仍可保持27W·h/kg。表明用板栗壳作为碳源制备对称性超级电容器电极材料是可行的。     

柔性聚苯胺/氮化钛纳米线电极材料的制备与储能性能

利用高导电性的氮化钛纳米线作为聚苯胺的生长基质,有效减少电极材料的电荷传输电阻,提升聚苯胺的超级电容储能性能。以碳纤维作为柔性基底,采用晶种辅助水热结合电化学聚合法制备了柔性聚苯胺/氮化钛纳米线电极材料(PANI/Ti N),电极材料呈现高度有序的同轴核壳纳米线结构,且纳米线之间彼此分离,有利于电解液离子的传输,提升储能性能。电流密度为1 A/g时,比电容为403 F/g;电流密度从0.5 A/g增加到10.0 A/g时,比电容保持率为初始容量的53.4%,电流密度为5 A/g时,循环充放电1 000次后PANI/Ti N的电容保持率为79.1%,与PANI相比均有较大提升,表明PANI/Ti N具有较好的电化学储能性质。以PANI/Ti N电极材料为电极构建柔性全固态对称型超级电容器(PANI/Ti N//PANI/Ti N)考察其应用性。PANI/Ti N//PANI/Ti N柔性超级电容器在电流密度为1 A/g时,比电容可达100.2 F/g,且在不同角度弯曲后比电容无明显衰减。当功率密度为500 W/kg时,能量密度可达50.1 W·h/kg,且1个单元的该超级电容器可驱动红色...     

纳米α-MnO2/活性炭混合超级电容器的性能

研究了以纳米α-MnO₂和活性炭（AC）为电极材料的超级电容器,分别对纳米α-MnO₂的制备、电解液浓度的影响进行了研究,组装了MnO₂/KOH/MnO₂、AC/KOH/AC、MnO₂/KOH/AC三种类型的模拟电容器,用循环伏安、恒流充放电、自放电以及时间常数法对电极和电容器进行性能测试,发现当电解液KOH浓度为7 mol•L^-1时,混合超级电容器性能最佳,α-MnO₂单电极比电容可达237 F•g^-1,混合电容器工作电压高达1.5 V,并且具有良好的大电流放电性能和较好的循环寿命,实验还表明混合超级电容器具有极低的自放电率.     

棒状V3O7?H2O电极材料的制备及印刷超级电容器

以五氧化二钒（V2O5）为原料,利用溶剂热法一步制备一水合七氧化三钒（V3O7?H2O）纳米棒,以V3O7?H2O纳米棒为电极材料,探究丝网印刷工艺对电极电化学性能的影响,结合丝网印刷制备电极并组装超级电容器。采用SEM、EDS、XPS、FTIR等对样品的形貌与结构进行表征,结果表明已成功制备V3O7?H2O纳米棒。在电化学测试中,丝网印刷电极比电容可达268.0 F/g（电流密度为0.3 A/g）,经过5000次循环后比电容保持率85.9%,优于涂抹电极的比电容（246.0 F/g）和比电容保持率（68.0%）,这得益于丝网印刷的油墨规则排列的结构。此外,组装的纽扣超级电容器同样表现出优异的电化学性能,比电容和电容保持率为134.2 F/g（0.5 A/g电流密度）和91.2%（5000次充放电循环）,且当功率密度为413.0 W/kg时,能量密度最高可达22.0 W?h/kg。本研究为后续印刷储能器件的研究提供了一条可供借鉴的思路。     

五氧化二铌/碳纳米管水系锌离子混合电容器负极材料的制备及其电化学性能

水系锌离子混合电容器具有高能量密度和高功率密度等优点,受到了广泛的关注。开发高性能锌离子电容器的关键在于寻找电池型电极材料,以匹配其与电容型电极材料之间的功率不平衡。通过水热法制备出了碳纳米管与五氧化二铌的复合物(Nb_2O_5@CNTs),在0.2 A/g的电流密度下放电比容量为257 F/g,显示出其作为锌离子混合电容器电极材料的巨大潜力。将Nb_2O_5@CNTs作为负极、高比表面积的活性炭(AC)作为正极组装成Nb_2O_5@CNTs//AC锌离子混合电容器,该电容器的电压区间为0～1.9 V,在0.2 A/g的电流密度下其放电比容量高达95 F/g,经过3 000次循环后容量保持率为72%,具有良好的倍率性能和循环稳定性,能量密度最高达48 Wh/kg,功率密度最高达1 831 W/kg, Nb_2O_5@CNTs//AC锌离子混合电容器有望作为下一代高性能锌离子混合电容器。     

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...     

A Study of Carbon Nanofibers and Active Carbon as Symmetric Supercapacitor in Aqueous Electrolyte: A Comparative Study

Symmetric supercapacitors are fabricated by carbon nanofibers (CNF) and activated carbon (AC) using similar proportions of 7 wt% polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer binder in an aqueous electrolyte. In this study, a comparison of porous texture and electrochemical performances between CNFs and AC based supercapacitors was carried out. Electrodes were assembled in the cell without a current collector. The prepared electrodes of CNFs and AC present Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of 83 and 1042 m²/g, respectively. The dominant pore structure for CNFs is mesoporous while for AC is micropore. The results showed that AC provided higher specific capacitance retention up to very fast scan rate of 500 mV/s. AC carbon had a specific capacitance of 334 F/g, and CNFs had 52 F/g at scan rate 5 mV/s in aqueous solution. Also, the results indicate the superior conductivity of CNFs in contrast to AC counterparts. The measured equivalent series resistance (ESR) showed a very small value for CNFs (0.28 Ω) in comparison to AC that has an ESR resistance of (3.72 Ω). Moreover, CNF delivered higher specific power (1860 W/kg) than that for AC (450 W/kg). On the other hand, AC gave higher specific energy (18.1 Wh/kg) than that for CNFs (2 Wh/kg).This indicates that the AC is good for energy applications. Whereas, CNF is good for power application. Indeed, the higher surface area will lead to higher specific capacitance and hence higher energy density for AC. For CNF, lower ESR is responsible for having higher power density.Both CNF and AC supercapacitor exhibit an excellent charge-discharge stability up to 2500 cycles.     

葡萄柚皮多孔碳高性能对称性超级电容器电极材料的制备及性能

以柚子皮为碳源(GC),高温氧化碳化(GCO)处理后采用K₂CO₃活化制得GCO600,最佳优化产物GCO600-14具有丰富的网状孔隙,其比表面积达661.7 m²/g。三电极体系中,在1 A/g时,GCO600-14的比电容为413 F/g,电流密度扩大30倍后仍可达到2 896 F/g,为原先的70%;循环5 000圈后比电容仍未原来值的96%。构建的对称性电容器GCO600-14//GCO600-14能量密度为26、20.2 (W·h)/kg时,相应的功率密度分别为720、20 800 W/kg。说明GCO600-14作为新型的、环境友好的储能材料具有潜在的应用前景。     

Electrochemical properties of MnO2/CNT nanocomposite in neutral aqueous electrolyte as cathode material for asymmetric supercapacitors

A MnO₂/carbon nanotube (CNT) nanocomposite was synthesised using a simple hydrothermal treatment. The nanocomposite exhibits a CNT core/MnO₂ porous sheath hierarchy architecture, which makes it promising as an electrode material for supercapacitors. An asymmetric supercapacitor based on activated carbon (AC) as anode, MnO₂/CNT nanocomposite as cathode and 1M Na₂SO₄ solution as electrolyte was assembled in a Swagelok cell. The full cell exhibits excellent power capability, cycling stability and a high energy density of 23 W h/kg at a power density of 330 W/kg based on the total mass of the active electrode materials. This AC//MnO₂/CNT asymmetric supercapacitor is promising for high-power applications due to its high energy density and power density.     

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。     

夹心型生物碳电极材料的制备及超级电容器性能

选择板栗壳为碳源（CC）,碳化后用KOH活化,制得CC700-OH。对其形貌和性能进行了SEM、TEM、XRD以及BET等表征与测试,发现CC700-OH具有孔/片穿插的夹心结构,在1 A/g时比电容为540 F/g,循环6000圈后比电容仍可保持初始值的98%。在二电极体系中,组装CC700-OH//CC700-OH对称电容器,该对称电容器在1 A/g的比电容为106 F g-1,电势窗口宽0~1.6 V,首次库伦效益为0.52。功率密度为800 mW/g时,能量密度为37.3 mW•h/g,当功率密度增加至12000 mW/g时,能量密度仍可为23 mW•h/g。以上研究结果表明用板栗壳作为碳源制备对称性超级电容器电极材料是可行的。     

用过期切片面包制备环保超级电容器活性炭电极材料

考虑到世界上每天产生大量的过期面包等过期食品,以过期切片面包为原材料,经碳化、1 mol·L^-1 KOH活化并用稀盐酸中和及去离子水和乙醇洗涤后,制备了过期切片面包活性炭(EBAC)。对过期切片面包活性炭的表面形貌、物相结构、表面官能团、比表面积和孔径分布分别通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氮气吸脱附(BET)进行了表征。在以3 mol·L^-1 KOH为电解液的三电极体系中,进行了活性炭电极材料的电化学性能测试。充放电曲线显示,在0.5 A·g^-1电流密度下,电极材料比电容达到352 F·g^-1;在5 A·g^-1的电流密度下循环1000次后,比电容保持在99.87%,展示出良好的循环稳定性。交流阻抗测试得到的Nyquist图和Bode图则近一步说明了过期切片面包活性炭具有良好的超级电容器性能。     

An asymmetric supercapacitor using RuO2/TiO2 nanotube composite and activated carbon electrodes

We reported an asymmetric supercapacitor technology where RuO₂/TiO₂ nanotube composite was used as positive electrode and the activated carbon as negative electrode in 1 mol/L KOH electrolyte solution. The electrochemical capacitance performance of the asymmetric supercapacitor was tested by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and galvanostatic charge-discharge tests. The results show that the asymmetric supercapacitor has electrochemical capacitance performance within potential range 0–1.4 V. A power density 1207 W/kg was obtained with an energy density of 5.7 W h/kg at a charge–discharge current density of 120 mA/cm². The supercapacitor also exhibits a good cycling performance and keep 90% of initial capacity over 1000 cycles.     

Shell membrane-aided synthesis of 3D porous flower-like Co2(OH)3Cl-MnO2 hybrid composites for high performance supercapacitors

Three-dimensional (3D) flower-like Co₂(OH)₃Cl-MnO₂ nanostructures were fabricated inside eggshell through a facile and effective method. Inspired by semipermeable membranes, a shell membrane was selected as an interface for ion diffusion. In specific, an eggshell with shell membrane was employed as a multifunctional reactor to separate the components of the precursor solution. OH^- ion diffusion was performed through porous eggshell membrane. The electrochemical measurements demonstrated that the hybrid composite achieves high capacitance 3.709?F/cm² at 1?mA/cm² (2061?F/g with the mass loading of 1.8?mg/cm²) and an excellent cycling stability (71% specific capacitance retained after 5000 cycle numbers), exhibiting a superior electrochemical performance compared to pure Co₂(OH)₃Cl or MnO₂. Moreover, an asymmetric supercapacitor was assembled by Co₂(OH)₃Cl-MnO₂-2 and activated carbon as positive and negative electrode, respectively (Co₂(OH)₃Cl-MnO₂-2//AC ASC), which exhibits high capacitance (134.8?F/g at 0.2?A/g), excellent energy density (42.2?W?h/kg at 150.3?W/kg), and remarkable cycling stability (80% capacitance retention after consecutive 5000 cycle numbers).