适用于锂氧电池的高容量碳基电极

以碳酸钠为催化剂，将间苯二酚与甲醛进行缩聚，所生成的气凝胶在800℃的惰性气氛中进行碳化以制备多孔的碳气凝胶。碳的多孔质地由改变凝胶前体中间苯二酚与催化剂的摩尔比来调节，摩尔比的范围为100~500。气凝胶和碳气凝胶的多孔结构以在绝对温度77K下进行的氮气的吸附–解吸附测量结果表征。已经发现，总孔隙度和碳的平均孔径随着凝胶前体的摩尔比的增加而增大。作为一种活性材料，碳气凝胶用于制造合成碳电极。合成碳电极的电化学性能以将其用作锂/氧电池的负极来进行测试。由静电充放电测量发现，随着摩尔比的增加，由碳气凝胶制造的锂/氧电池的比容量由716 mAhg1增加到2077 mAhg1。所得到的最初10次充/放电循环的电压分布图表明，这些碳样品具有出色的循环稳定性。     

掺杂PbO_2炭气凝胶复合材料的研制

以间苯二酚(R)、糠醛(F)为原料,六亚甲基四胺(H)为交联剂及催化剂,加入乙酸铅(L),经交联固化、老化、常压干燥和900℃氩气气氛下炭化,得到PbO2掺杂炭气凝胶(CA/PbO2)复合材料。利用透射电镜(TEM)、扫描电境(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积及孔径分析仪对CA/PbO2复合材料进行了结构表征。结果表明CA/PbO2复合材料为纳米球状网链结构,约3 nm的球型PbO2均匀分布在炭气凝胶网络中;PbO2提高了炭气凝胶的比表面积,减小了平均孔径,缩小了孔径分布范围。交流阻抗、循环伏安及恒流充放电实验表明CA/PbO2复合材料具有良好的电化学可逆性和充放电性能。当R与L的摩尔比为100∶1时,CA/PbO2复合材料在1.28 g/mL H2SO4溶液中、1 mV/s扫速下比电容达154.61 F/g。交流阻抗分析表明PbO2能够降低炭气凝胶内阻而减小阻抗。循环寿命测试表明CA/PbO2复合材料稳定性良好,循环1 000次比电容衰减小于5%,具有良好的循环充放电性能,在超级电池用炭材料应用方面有较好的应用前景。     

炭气凝胶的制备及在超级电容器中的应用

以间苯二酚和甲醛为原料,通过溶胶-凝胶法制备炭气凝胶。用XRD、SEM和N2吸附等进行物理性能分析;用交流阻抗谱、恒流充放电等进行电化学性能测试。随着碳化温度的升高,炭气凝胶的结构逐渐向石墨过渡;比表面积先增加、后减小;平均孔径逐渐增大。碳化温度为900℃时,所得炭气凝胶CA-900的结构最接近石墨,比表面积最大,为693. 1 m~2/g。CA-900用作超级电容器电极材料具有较好的电化学性能,在288. 97 W/kg比功率下的比能量为16. 76 Wh/kg,以0. 1 A/g的电流(0. 01～2. 85 V)循环2 000次,电容保持率高达90. 18%。     

碳层厚度的纳米尺度精准调控及其对硅@碳复合材料储锂性能的影响研究

硅因其较高的理论比容量、适宜的脱嵌锂电位有望成为下一代锂离子电池负极的首选材料。然而硅的导电性较差且在脱嵌锂过程中体积膨胀高达300%,导致其在循环比容量持续衰退。为解决这一问题,本文以商用硅纳米粉体为原料,以间苯二酚和甲醛为碳源,采用聚合反应并辅助以高温炭化工艺制备得到硅@酚醛树脂衍生碳(Si@CRF)复合材料。论文通过精准调准调控硅纳米粉体与间苯二酚和甲醛的比例,在硅表面实现了酚醛树脂衍生碳厚度在纳米尺度上的精准调控,制备得到了碳层厚度分别为2nm、4nm、7nm、11nm和14nm的Si@CRF复合材料,并系统研究了其电化学性能。研究结果发现,碳层厚度对硅的储锂性能有显著影响,其中碳层厚度为7nm时,Si@CRF复合材料性能最佳,可在0.2A/g的电流密度下展现出2532.4mAh/g的高嵌锂容量,首次库伦效率可达74.35%,且在1A/g的高电流密度下循环200次后其放电比容量依然高达1005mAh/g,展现出了较高的比容量、较高首次库伦效率、良好的倍率性能和优异的循环稳定性,具有较好的应用前景。     

炭气凝胶负极材料的制备及研究

以间苯二酚和甲醛为原料,通过溶胶-凝胶方法制备有机气凝胶,再在不同温度下炭化,得到具有三维孔洞结构的炭气凝胶。用XRD和SEM研究了炭气凝胶的晶态和微观形貌,用恒流充放电测试了炭气凝胶电极的电化学性能。较低炭化温度(750℃)下制备的样品具有较高的可逆容量(500 mAh/g以上)。从第3次循环起,库仑效率保持在95%以上。     

CO2活化氮掺杂炭气凝胶的制备及其性能研究

以间苯二酚、甲醛、氧化石墨烯和三聚氰胺为原料,通过溶胶-凝胶法制备氮掺杂炭气凝胶,再对其进行CO₂活化。用X射线衍射光谱法（XRD）、扫描电子显微镜法（SEM）、X射线光电子光谱法（XPS）和N₂吸附等进行物理性能分析,用交流阻抗谱、恒流充放电测试等进行电化学性能测试。随着活化温度的提高,材料表面形成了密集的具有大量孔的内部相互交联的网络结构。当活化温度为900℃时,所制备的样品比表面积最高,由NCAG-4的1 194 m²/g增大到CO₂-900-NCAG-4的1 849 m²/g。在经过活化以后,CO₂-900-NCAG-4表现出了最佳的电化学性能,将其组装成超级电容器,充放电循环2 000次后电容保持率达94.31%。     

碳气凝胶作为电双层电容器电极材料的研究

研制了碳化间苯二酚－甲醛气凝胶，研究了它的结构，孔径分布，网有架上碳的存在方式及电导率等特性，探讨了它作为电化学双层电容器的电极材料的可能性。ＥＤＬＣ比传统的电解电容器能量密度高得多；其功率密度较电池有量级的提高，可以作为需要快速充放电的备用发电机和脉冲式能量存储系统。     

炭气凝胶的制备及其在超级电容器中的应用

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为原料,碳酸钠(C)作为催化剂,制备了炭气凝胶。用红外测试(IR),X射线衍射分析(XRD),扫描电镜分析(SEM)等对所合成的样品进行了表征,发现炭气凝胶具有珍珠串式的无序多孔网络结构,属于非晶态物质,其X射线衍射图是由一个或两个弥散峰组成,并研究了炭气凝胶电极在不同电解液中的循环伏安性能,计算了它们的比电容。通过对测试结果进行比较和分析发现,在6mol/LKOH溶液中,炭气凝胶电极比容量可达110.06F/g。恒电流充放电试验表明,电极电化学性能稳定,循环寿命长,所制备的电容器比电容达28F/g。     

石墨烯掺杂对炭气凝胶电化学性能的影响

以间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠与氧化石墨烯为原料,通过溶胶-凝胶法制备得到了石墨烯基炭气凝胶。研究了石墨烯含量对材料微观结构与性能的影响。通过SEM对其表面形貌进行观察、XRD分析其结构和BET确定比表面积与孔径分布,再对所制备的材料进行电化学性能分析。结果表明:在进行一定量的氧化石墨烯掺杂后,炭气凝胶(CAG)表面孔隙结构坍塌破损程度明显降低,材料表面的孔洞结构比较完整。掺杂氧化石墨烯能够显著降低放电初始阶段的电压降,并且可以提升材料的电容性能。将CAG-0.25组装成超级电容器,比能量达到29.69 Wh/kg,充放电循环2000次后容量保持率为89.01%。     

多孔碳的模板法制备及其双电层性能研究

以Na型Y沸石分子筛为模板.糠醇为碳源,制备了孔径分布集中的微孔模板碳材料.所得模板碳的比表面积最大为826 m2/g,孔径主要集中在1.1 nm和1.6 nm.通过恒流法和循环伏安法分析了模板碳电极分别在1.5 mol/L NaOH、KOH、NaCl、Na2SO4 电解液中的电化学性能,研究了电极材料孔结构与电解质离...