聚苯胺/Ti3C2Tx/碳纳米管复合纤维电极的制备及其性能

为制备电化学性能优异的一维纤维超级电容器,利用碳纳米管(CNT)的液晶态性质和MXene(Ti₃C₂T_x)材料的电化学性能协同制备复合纤维作为电极基体,运用简单可控的电化学沉积方法在纤维表面沉积聚苯胺(PANI)制备复合纤维电极。对纤维进行微观形貌表征和电化学性能测试,获得最佳沉积时间的电极并组装纤维超级电容器。研究表明:当沉积5 min时,在5 mV/s的扫描速度下PANI/Ti₃C₂T_x/CNT纤维电极表现出最大的体积比电容,为113.92 F/cm³;在0.1 A/cm³的电流密度下证明其组装的超级电容器比电容可达65.4 F/cm³,同时在0.8 A/cm³电流密度下循环5 000次后,比电容保持率为79%,具有良好的稳定性。     

医用口罩熔喷非织造布电极的制备及其电化学性能

为实现废弃医用口罩在储能领域中的高值化应用,采用镀银和涂炭方法对一次性医用口罩的中间层熔喷非织造布表面进行处理制备双电层电极,最后组装成超级电容器器件。分别采用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法测试熔喷非织造布电极和所组成器件的电化学性能。结果表明:当电流密度为1 A/g时,所得电极比电容可达298 F/g,在电流密度为20 A/g下其比电容为224 F/g,展现出较高的倍率性能(75%),电极的电荷转移内阻和等效串联内阻分别为0.86和0.15 Ω;在功率密度为125 W/kg下,超级电容器器件的能量密度达到9.7 W·h/kg,此外经过10 000次充放电后,器件的比电容保持率高达99.8%,展现出优异的循环稳定性。     

羊毛角蛋白/石墨烯碳材料的制备及应用

通过组合羊毛角蛋白和石墨烯碳材料(KGCM)制备杂原子掺杂的碳材料,并测量其在超级电容器中的电化学性质。通过静电纺丝角蛋白/氧化石墨烯溶液,在200℃预氧化并在管式石英炉中在700℃下炭化来制造角蛋白/石墨烯纳米纤维膜。对材料的形态和化学组成进行了表征。电化学测量表明,在放电电流密度为1 A/g时,KGCM的比电容达到228 F/g。超级电容器表现出良好的储能循环稳定性,5 000次循环后保留率为93%。KGCM电极的高电化学性能归因于覆盖有微球的层状结构以及杂原子掺杂效应,导致双电层和法拉第特征。     

石墨烯/聚吡咯/棉纱线电极的制备和性能研究

柔性超级电容器对电极材料的导电性和电容性具有较高的要求。为提高纱线电极的导电性和电容性,以棉纱线、氧化石墨烯(GO)、吡咯(Py)为原料,采用化学还原法和原位化学聚合法,制备石墨烯(rGO)/聚吡咯(PPy)/棉纱线电极。观察聚合前后电极材料的表面形貌,测试聚合前后电极材料的电阻和电化学性能,结果显示:PPy颗粒包覆在rGO/棉纱线表面;rGO/PPy/棉纱线电极单位长度的电阻降到373Ω/cm;当电流密度为105.00mA/cm~3时,rGO/PPy/棉纱线电极体积比电容为27.63F/cm~3,电化学性能明显好于未加入PPy的rGO/棉纱线电极的性能。PPy的引入有利于改善rGO/棉纱线电极的导电性和电容性,适用于制备柔性超级电容器的电极材料。     

静电纺PPy/PAN纳米纤维包芯纱超级电容器电极的制备

利用静电纺丝技术制备了以镀镍棉纱为芯纱的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维包芯纱,然后接枝聚吡咯(PPy),设计出一种新型的纱线型超级电容器电极,解决了传统电容器能量密度低、柔性差的问题,并对其形貌结构和电化学性能进行了表征。结果显示,所制备的PPy/PAN纳米纤维包芯纱中,镍材料能均匀涂覆在棉纤维的表面,PPy能够均匀致密地接枝在PAN纳米纤维表面,质量比容量高达31.25 F/g,显示出了很好的电化学性能。这种超级电容器电极材料可应用于柔性的可穿戴功能性纺织品上,具有很好的应用前景。     

静电纺PEDOT:PSS/PAN纳米纤维包芯纱超级电容器电极材料的制备

采用静电纺丝技术制备了以镀镍棉纱为芯纱的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维包芯纱,通过接枝聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS),设计出一种新型的纱线型超级电容器电极,并对其形貌结构和电化学性能进行了表征。结果显示,镍材料均匀地涂覆在棉纤维的表面,PEDOT:PSS均匀地接枝在PAN纳米纤维表面。该超级电容器电极材料的质量比容量高达28.75 F/g,显示出良好的电化学性能。这种超级电容器电极材料在柔性可穿戴的功能性纺织品上具有很好的应用前景。     

纳米纤维素复合气凝胶超级电容器的制备与性能

以纳米纤维素(NFC)、还原氧化石墨烯(RGO)及聚苯胺(PANI)为原料,利用冷冻干燥技术制备出多孔性纳米纤维素NFC复合气凝胶电极材料。通过调控NFC的羧基含量及冷冻温度,可对复合气凝胶的孔径分布及比表面积进行优化从而提高其导电性能,最后以聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)为电解质,制备了NFC复合气凝胶超级电容器。结果表明:随着羧基含量的增加,NFC纤维间的氢键作用逐步增强使得形成交联网络更为紧密,制备的复合气凝胶孔隙尺寸变小且比表面积增大,其导电性能和电化学性能得到进一步的提升;冷冻温度直接影响形成的冰晶的尺寸大小和数量,低温冷冻制备的气凝胶孔隙数量较多且比表面积较大,形成的三维导电网络更为完整,具有良好的导电性能和电化学性能。当NFC的羧基含量为1.69 mmol/g及冷冻温度为-40℃时,复合气凝胶的比表面积为155.8 m2/g,组装的超级电容器在电流密度为0.5 A/g下其比电容为402 F/g。     

酸掺杂聚苯胺电极材料的制备及其电化学性能研究

本研究以苯胺为单体,过硫酸铵为氧化剂,植酸为掺杂酸,与木质素磺酸盐进行化学聚合,通过原位化学氧化法合成了电子传导能力良好和电容性能优异的木质素磺酸盐/聚苯胺（LS/PANI）电极材料,采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）和比表面积及孔径分析仪（BET）对LS/PANI电极材料进行分析表征;运用循环伏安、充放电、电化学阻抗等测试LS/PANI电极材料电化学性能。结果表明,LS/PANI电极材料具有良好的电容性能和较好的循环稳定性;在充放电0.5 A/g的电流密度下比电容可以达到509.3 F/g,在充放电电流密度为10 A/g时,循环5 000次后仍能保留63.23%的电容。     

二氧化锰/石墨烯/棉织物复合电极的制备及其电化学性能

为研究并增强柔性织物电极的电化学性能,采用改进Hummers法制备得到高浓度氧化石墨烯水溶胶,并通过干涂层法将氧化石墨烯涂覆于棉织物表面,经化学-微波两步还原法还原氧化石墨烯,制备了石墨烯/棉织物。进一步采用电化学沉积法将二氧化锰沉积在石墨烯/棉织物上,得到二氧化锰/石墨烯/棉织物复合电极材料。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪和红外光谱仪对复合电极材料的形貌和结构进行表征。研究结果表明:复合电极材料在0.25 A/g的电流密度下比电容达到490 F/g,1 000次电容放电后电容保持在95.5%,能量密度达到17.01 W·h /kg。     

多孔与连通结构碳纳米纤维电极的设计及其电化学性能

为开发设计具有高电化学性能的碳纳米纤维电极，采用静电纺丝技术、戊二醛交联和高温炭化制备聚丙烯腈/高直链淀粉(PAN/HAS)基碳纳米纤维，并对其形貌、元素组成、石墨化晶体结构和比表面积进行了研究。结果表明：经过戊二醛交联后的碳纳米纤维呈现连通结构，并具有优异的石墨晶体和多级孔结构、较大的比表面积(647 m²/g)和较高的总孔体积(0.60 cm³/g);将其制备成电极，在三电极体系下，当电流密度为1 A/g时比电容为255 F/g,当电流密度为20 A/g时比电容保持率高达71%;经过10 000次充放电循环后，电极比电容的保持率高达99.8%,显示出优异的循环耐久性。     

石墨烯/针织复合电极材料的制备及性能测试

为了满足柔性智能可穿戴电子产品的供电需求,设计了一种与之匹配的柔性超级电容器。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素,为提高电极材料的电化学性能和耐弯曲性能,以针织物为基底,采用电化学沉积法制备石墨烯/针织复合电极材料。通过SEM测试表征电极材料的表观形貌及结构;通过恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等测试表征电极材料的电化学性能。试验结果表明:石墨烯/涤棉针织复合电极最佳电沉积时间为150 min,比电容为57.76 F/g、电阻为21.14Ω;经过1000次循环充放电后,电容保持率仍然可达82.2%,循环寿命长且耐弯曲性能优异。     

石墨烯掺杂对木质素基碳纳米纤维电化学性能影响的研究

以木质素为硫源和碳源,聚丙烯腈为氮源和助纺剂,经静电纺丝、碳化和活化等步骤成功制备出了N、S共掺杂的碳纳米纤维。同时在纺丝液中掺杂石墨烯(GNs),利用GNs对N、S的吸附固定作用,提高碳纤维中杂原子含量,以该碳纳米纤维材料为活性物质,制备得到超级电容器。结果表明,制备的超级电容器在以6 mol/L KOH为电解液的双电极系统中具有良好的电化学性能,GNs掺杂前后超级电容器比电容从114.6 F/g增大到253.4 F/g,等效串联电阻从24.1Ω减少到6.8Ω,能量密度从3.96 Wh/kg提高到8.99 Wh/kg。     

柔性纺织纤维基超级电容器研究进展

为促进纤维基超级电容器在柔性能量存储领域的应用,以纺织纤维原料为类别,对高性能纤维(碳纳米管纤维,石墨烯纤维)、天然纤维、合成纤维基超级电容器的研究进行综述。在此基础上,对不同类型的纤维基超级电容器性能分析对比,总结各种纤维基超级电容器的优缺点。结果表明,高性能纤维基超级电容器的纤维结构、传荷位阻、离子扩散速率决定了纤维比能量及循环寿命,但该类型纤维基超级电容器受限于纤维材料的力学性能,后续织造较为困难;天然、合成纤维可满足后道纺织工艺对纤维的力学要求,易与纺织品结合成为整体,其储能大小受活性物质结构、密度、电荷传递协同效应影响较大。最后,针对柔性纤维基超级电容器研究存在的问题进行说明并对未来需要攻克的重点难点进行分析及展望。     

MnO2纳米片功能化修饰的氮掺杂碳纤维电化学性能研究

以细菌纤维素(BC)为模板原位生长聚吡咯,再将其高温碳化以得到高导电性能的氮掺杂碳纤维(NCF),通过水热反应将MnO₂纳米片修饰到NCF表面,形成核壳结构的MnO₂纳米片包裹氮掺杂碳纤维(NCF/MnO),并对其进行理化分析。结果表明,相对₂于纯δ-MnO₂,NCF/MnO₂具有更优异的电化学性能,在1 A/g的电流密度下,其比电容达到193.2 F/g;在10 A/g的电流密度下进行10000次恒流充放电后,其比电容保持率为107%,具有优异的循环稳定性;NCF的引入能极大提高MnO₂电化学性能,为MnO₂电极材料的发展提供理论依据。     

碳基复合纳米纤维的制备与表征及其电容性

以DMF为溶剂,利用静电纺丝法制备了PAN/Co(OAc)2/CNTs复合纳米纤维,并通过高温碳化及活化的方法得到多孔碳基复合纳米纤维。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪（XRD）、ASAP 2020及Solartron 1470分别研究了纤维的表面形貌、碳基复合纳米纤维的物相、比表面积和材料的电化学性能。研究结果表明：多孔碳材料为C/Co/CNTs复合纳米纤维;前驱体复合纳米纤维表面较为光滑,高温处理处部分纤维出现断裂;碳基复合纳米纤维的比表面积和孔体积分别为771m2/g和0.347cm3/g;在电流密度为1.0A/g时复合纳米纤维的比容量可达210F/g,电流为0.5mA时能量密度为3.1Wh/Kg,电流为5 mA时功率密度为2337W/Kg     

Preparation and Functional Design of Polyethyleneimine Reinforced Nanocellulose-based Aerogel

An aerogel electrode composed of conductive active materials based on nanocellulose aerogels can absorb more electrolytes, as well as enhance electron transport and ion diffusion channels. In the present study, aerogels with high strength were successfully prepared using 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy free radical (TEMPO)-oxidized cellulose nanofibrils (CNF) as a raw material and polyethyleneimine (PEI) as a cross-linking agent. Simultaneously, functional electrode materials were prepared via self-assembly. Based on our findings, PEI can significantly improve the water and solvent solubility and enhance the wet strength and shape recovery ability of CNF aerogels. Meanwhile, the minimum density of the aerogel reached 0.0160 g/cm³, the maximum porosity was approximately 98.5%, and the maximum stress approximated 0.02 MPa. Furthermore, electrochemical tests revealed that after self-assembly of reduced graphene oxide (RGO) and polyaniline (PANI) solution, the mass specific capacitance of the functional composite aerogel was approximately 92 F/g and exhibited good charge-discharge performance.     

石墨烯-棉针织物电极材料的制备及其性能

为使石墨烯与织物更好地结合制备可折叠、电化学性能良好的柔性超级电容器,以乙醇和N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂,鳞片石墨为溶质,通过液相剥离法制备石墨烯溶液,再采用电化学沉积法将石墨烯负载到棉针织物表面。借助场发射扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪对棉针织物及柔性电极的表面形貌、元素含量及结构进行表征。结果表明:织物表面负载的石墨烯层数较少,且团聚现象不明显,采用电化学沉积法可成功地将石墨烯负载在棉织物上;当电沉积时间为90 min时,石墨烯-棉针织物电极材料的比电容为464.3 F/g,等效串联电阻为10.45 Ω,表现出良好的电容性、导电性、循环性能和柔韧性。