基于双金属高核钛氧簇基电极的高性能超级电容器的制备

制备了一系列专为超级电容器设计的新型钛氧簇(TOCs,包括Zn-Ti₁₁和Cd-Ti₁₁),扩大了TOCs材料的潜在应用范围。此类材料具有的优异赝电容性能充分展示了钛基材料的优点。所制备的TOCs基超级电容器的最大功率密度为9.5 W·kg^-1,能量密度为463 Wh·kg^-1。     

泡沫镍负载NiMoO4/NiMoS4复合材料的制备及其电化学性能

以泡沫镍作为基底，采用水热法原位生长出具有片状结构的NiMoO₄活性材料，然后通过水热硫化制备出NiMoO₄/NiMoS₄复合材料，研究了水热时间和硫脲添加量对样品形貌和电化学性能的影响。电化学结果表明，NiMoO₄/NiMoS₄电极在电流密度为 1 A·g^-1时，比电容为 1 560.7 F·g^-1，在电流密度为 40 A·g^-1时循环 2 000次后，比电容仍为初始比电容的 76.7%。将 NiMoO₄/NiMoS₄电极材料与活性炭(AC)分别作为正、负极组装的非对称超级电容器(ASC)在 400 W·kg^-1的功率密度下可提供 29.0 Wh·kg^-1的能量密度。     

Mo掺杂NiMnSe2的制备及其超级电容器性能

成分和结构是影响多元过渡金属硒化物电化学活性的关键因素。适当掺杂其他金属元素可以有效提高电极材料的电化学性能。通过简单的一步水热法,在泡沫镍上制备出了一种无黏结剂的Mo掺杂NiMnSe₂(记作Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂)。Mo的少量掺杂为电极材料提供了丰富的反应活性位点,大大提高了NiMnSe₂的电化学性能。在1 A·g^-1时,Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂的比容量达到1 404.0 F·g^-1。掺杂Mo显著降低了NiMnSe₂的电荷转移电阻和扩散电阻。组装的混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC (活性炭)比容量达到81.6 F·g^-1,且倍率性能优异。在2 A·g-1下连续充放电10 000周,容量保持率为95.8%,表现出超高的循环稳定性。混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC在376.6 W·kg^-1的功率密度下,能量密度达25.5 Wh·kg^-1,高于NiMnSe2//AC (17.3 Wh·kg^-1)。     

Mo掺杂NiMnSe2的制备及其超级电容器性能

成分和结构是影响多元过渡金属硒化物电化学活性的关键因素。适当掺杂其他金属元素可以有效提高电极材料的电化学性能。通过简单的一步水热法,在泡沫镍上制备出了一种无黏结剂的Mo掺杂NiMnSe₂(记作Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂)。Mo的少量掺杂为电极材料提供了丰富的反应活性位点,大大提高了NiMnSe₂的电化学性能。在1 A·g^-1时,Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂的比容量达到1 404.0 F·g^-1。掺杂Mo显著降低了NiMnSe₂的电荷转移电阻和扩散电阻。组装的混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC (活性炭)比容量达到81.6 F·g^-1,且倍率性能优异。在2 A·g^-1下连续充放电10 000周,容量保持率为95.8%,表现出超高的循环稳定性。混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC在376.6 W·kg^-1的功率密度下,能量密度达25.5 Wh·kg^-1,高于NiMnSe₂//AC (17.3 Wh·kg^-1)。     

Mo掺杂NiMnSe2的制备及其超级电容器性能

成分和结构是影响多元过渡金属硒化物电化学活性的关键因素。适当掺杂其他金属元素可以有效提高电极材料的电化学性能。通过简单的一步水热法,在泡沫镍上制备出了一种无黏结剂的Mo掺杂NiMnSe₂(记作Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂)。Mo的少量掺杂为电极材料提供了丰富的反应活性位点,大大提高了NiMnSe₂的电化学性能。在1 A·g^-1时,Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂的比容量达到1 404.0 F·g^-1。掺杂Mo显著降低了NiMnSe₂的电荷转移电阻和扩散电阻。组装的混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC (活性炭)比容量达到81.6 F·g^-1,且倍率性能优异。在2 A·g^-1下连续充放电10 000周,容量保持率为95.8%,表现出超高的循环稳定性。混合超级电容器Ni_0.8Mo_0.2MnSe₂//AC在376.6 W·kg^-1的功率密度下,能量密度达25.5 Wh·kg^-1,高于NiMnSe₂//AC (17.3 Wh·kg^-1)。     

以多层次聚苯胺颗粒为电极活性物质的超级电容器的电化学性能

以(NH₄)₂S₂O₈为氧化剂用化学氧化法合成了具有多层次结构的聚苯胺颗粒，其二次颗粒由一次颗粒集结而成，一次颗粒的粒径基本上在1 μm以下，一次颗粒由多层微小薄片叠合而成. 用这种聚苯胺为活性物质制成电极，以2 mol•L^-1的H₂SO₄水溶液作电解液，组装成了聚苯胺电极超级电容器. 用循环伏安法、电化学阻抗谱和恒电流充放电技术测试了该超级电容器的电化学性能.在7 mA的充放电电流下，它的比能量可达6.35 Wh•kg^-1，比功率可达132 W•kg^-1，电极材料的比容量可达408 F•g^-1. 在20 mA的充放电电流下，它的比能量可达4.39 Wh•kg^-1，比功率可达328 W•kg^-1，电极材料的比容量可达324 F•g^-1. 在100次的充放电循环中，聚苯胺电极超级电容器的电容量没有下降，电荷充放电效率一直保持在95%左右.     

双金属离子调控型镍钴氧化物纳米片用于非对称超级电容器

通过水热-煅烧两步法制备了系列镍钴氧化物（NCO）纳米片。通过改变前驱体溶液中的镍、钴离子物质的量之比,进而调控NCO纳米片中的过渡金属离子比例。NCO纳米片的晶相、形貌和结构利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征。此外,对NCO纳米片的电化学性能进行测试。结果表明,NCO-2（Ni_1.95Co₁O_x）纳米片在0.5 A·g^-1电流密度下,比电容为1 096.88 F·g^-1,且经过5 000次循环后具有78.26%的循环稳定性。以NCO-2为正极、活性碳为负极构成的非对称超级电容器,在功率密度为576 W·kg^-1时,能量密度为57.70 Wh·kg^-1。     

链珠状氢氧化亚镍的准电容特性及其在复合型超电容器中的应用(英)

本文采用溶胶凝聚方法制备了超细氢氧化亚镍电极材料并通过在其中掺加适量碳纳米管的方法大大提高了电极的比容量并有效改善了电极材料的阻抗特性。掺有20%碳纳米管的氢氧化亚镍复合电极材料的单电极比容量可达到320 F·g^-1。本文分别采用氢氧化亚镍/碳纳米管复合电极作为正极，活性炭作为负极，6 mol·L^-1 KOH作为电解液制备了复合型电化学电容器。采用上述方法制备的复合型电容器工作电压达到1.6 V，电容器质量比容量达到60 F·g^-1。复合型电容器能量密度达到20.11 Wh·kg^-1，最大功率密度达到8.6 kW·kg^-1,兼具高能量特性和优良的大电流放电特性。     

硼、氮共掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

分别以含氮菲咯啉、四硼酸钾和醋酸锌为碳源、活化剂和模板,制备了B、N共掺杂多孔碳(BN-PC),并探究模板质量对BN-PC结构和储电性能的影响。当醋酸锌质量为5g时,所得BN-PC₅中B、N杂原子含量分别为 20.21%、18.29%。电化学测试结果表明,以6 mol·L^-1 KOH为电解液,BN-PC₅电极展现出高的比电容(在0.05 A·g^-1电流密度下为255 F·g^-1)、优异的倍率性能(在20A·g^-1电流密度下为188F·g^-1)和卓越的循环稳定性(在5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次比电容保持率为97%)。以3 mol·L^-1 ZnSO₄为电解液,在平均功率密度为56W·kg^-1时,BN-PC₅电容器的能量密度可达27Wh·kg^-1。     

同构MOFs复合氧化石墨烯电极材料构筑高性能超级电容器

在水热条件下一步自组装合成系列同构X-MOF （X₆O （TATB）₄（H⁺）₂·（H₂O）₈·（DMF）₂,X=Zn、Co、Ni; H₃TATB=4,4'',4″-s-triazine-2,4,6-triyl-tribenzoic acid; DMF=N,N-二甲基甲酰胺）和氧化石墨烯（GO）的复合材料（X-MOF@GO）,并探究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。通过X射线粉末衍射、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜测试证明GO和MOFs复合成功。其中,性能最优的Ni-MOFs@1.5GO （GO的添加量为1.5 mL）的比电容高达694.8 F·g^-1（0.5 A·g^-1）,约是Ni-MOF的2倍。电化学测试结果表明：复合材料X-MOF@1.0GO较其原MOF表现出更大的比电容和更好的倍率性能。在3.5 A·g^-1的电流密度下,1 000次循环充放电后,Ni-MOFs@1.0GO仍保持初始比电容量的81.2%。与活性炭（AC）组装的非对称超级电容器Ni-MOF@1.5GO//AC的性能最优,其功率密度为754.3 W·kg^-1时,能量密度为15.4 Wh·kg^-1,且循环3 000次后比电容保持率约为70.0%,显示出较长的循环寿命。     

泡沫镍负载NiMoO4/NiMoS4复合材料的制备及其电化学性能

以泡沫镍作为基底,采用水热法原位生长出具有片状结构的NiMoO₄活性材料,然后通过水热硫化制备出NiMoO₄/NiMoS₄复合材料,研究了水热时间和硫脲添加量对样品形貌和电化学性能的影响。电化学结果表明,NiMoO₄/NiMoS₄电极在电流密度为1A·g^-1时,比电容为1560.7F·g^-1,在电流密度为40A·g^-1时循环2000次后,比电容仍为初始比电容的76.7%。将NiMoO₄/NiMoS₄电极材料与活性炭(AC)分别作为正、负极组装的非对称超级电容器(ASC)在400W·kg^-1的功率密度下可提供29.0Wh·kg^-1的能量密度。     

ZIFs骨架型双壳层纳米笼状CoS/NiCo2S4的制备及其电化学性能

采用离子刻蚀和化学气相沉积法制备出具有沸石咪唑酯骨架(ZIFs)型双壳层纳米笼状的CoS/NiCo_2S_4并组装成超级电容器。该结构有较大的比表面积(98 m2·g-1),合适的孔道(孔径4 nm),且保留了ZIFs骨架构型。作为电极活性材料时,具有良好的结构稳定性和电化学活性,有利于增强所组装的超级电容器的循环稳定性和比容量。在三电极体系中,在1 A·g-1的电流密度下,容量为1 230 F·g-1;在3 A·g-1电流密度下循环9 000圈后,初始电容保持率为76.6%。在以该电极、活性炭电极与KOH/聚乙烯醇(PVA)凝胶态电解质组装的器件中,当功率密度为702 W·kg-1时,能量密度达31.6 Wh·kg-1;在7 056 W·kg-1的高功率密度下,仍保持16.5 Wh·kg-1的能量密度。     

硼、氮共掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

分别以含氮菲咯啉、四硼酸钾和醋酸锌为碳源、活化剂和模板,制备了B、N共掺杂多孔碳(BN-PC),并探究模板质量对BN-PC结构和储电性能的影响。当醋酸锌质量为5 g时,所得BN-PC₅中B、N杂原子含量分别为20.21%、18.29%。电化学测试结果表明,以6 mol·L^-1KOH为电解液,BN-PC₅电极展现出高的比电容(在0.05 A·g^-1电流密度下为255 F·g^-1)、优异的倍率性能(在20 A·g^-1电流密度下为188 F·g^-1)和卓越的循环稳定性(在5 A·g^-1的电流密度下循环10 000次比电容保持率为97%)。以3mol·L^-1ZnSO₄为电解液,在平均功率密度为56 W·kg^-1时,BN-PC₅电容器的能量密度可达27 Wh·kg^-1。     

二维Ni-Salphen基共价有机骨架的制备及电容性能

利用2,3,6,7,10,11-六氨基三苯六盐酸盐（HATP）和4,6-二羟基-5-甲基间苯二甲醛（DMDB）为构筑基元,构筑了二维Ni-Salphen基共价有机骨架（COFs）电极材料（Ni-Salphen-COF）。通过一系列方法对Ni-Salphen-COF的结构、形貌和电化学性能进行了表征和测试。三电极系统测试结果表明,Ni-Salphen-COF具有优异的电化学性能,在1 A·g^-1时,比电容达到531 F·g^-1,并显示良好的循环稳定性（10 000次循环后电容保持率为89%）。同时,二电极系统测试结果显示,在1 A·g^-1时,Ni-Salphen-COF//AC （AC为活性炭）比电容达176 F·g^-1;在功率密度为900 W·kg^-1时,最大能量密度为55 Wh·kg^-1。良好的性能可能归因于Ni-Salphen结构提高了电极材料的电导率、氧化还原活性和电荷转移能力。     

在碳纤维布上原位生长NiCo层状双氢氧化物纳米片用于高性能非对称超级电容器

通过恒电压电沉积法在不同的碳纤维基体上原位制备NiCo层状双金属氢氧化物(NiCo-LDH)复合材料(NiCo-LDH/碳纤维布),该方法无需粘合剂,可以有效避免由于粘合剂的加入引起的导电性降低。在NiCo-LDH的层状晶体结构中,正电荷的主体层和层间电荷补偿阴离子可以促进电极材料之间的离子扩散,从而可高效利用活性位点。得益于NiCo-LDH折叠层状结构的特点,NiCo-LDH/碳纤维布具有出色的比电容(1 A·g^-1时1387.5 F·g^-1)。此外,以NiCo-LDH/碳纤维布作为正极,涂覆在泡沫镍表面的还原氧化石墨烯(rGO/NF)作为负极,组装而成的非对称超级电容器(ASC)具有极好的电化学性能。ASC在1 A·g^-1时能量密度为26.6 Wh·kg^-1,功率密度为850.4 W·kg^-1,在最大功率密度为8500.3 W·kg^-1时能量密度仍保持有14.9 Wh·kg^-1。     

GO/ZIF-67模板制备rGO/NiCo2S4及高性能不对称超级电容器

以氧化石墨烯(GO)为基底,在GO表面原位生长ZIF-67并作为模板,经硝酸镍刻蚀、碳化、水热硫化制得rGO/NiCo_2S_4复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)表征复合材料的结构与形貌。随后将rGO/NiCo_2S_4复合材料制成正极材料,测试其电化学性能,测试结果显示:rGO/NiCo_2S_4-1.5 h电极材料在1 A·g~(-1)的电流密度下,其比电容值高达1 577 F·g~(-1),当电流密度达到10 A·g~(-1)时,倍率性能为86.4%,在10 A·g~(-1)的电流密度下循环2 000次后,电容保持率为76.9%。另外,在6 mol·L-1KOH电解液中,由AC//rGO/NiCo_2S_4-1.5 h组成的不对称电容器在功率密度为723 W·kg~(-1)时,能量密度为33 Wh·kg~(-1);在高功率密度为7 277 W·kg~(-1)时,能量密度仍保持为23 Wh·kg~(-1)。