活性炭二次活化对其电化学容量的影响

为进一步提高作为电化学超级电容器电极材料活性炭的电化学容量, 采用KOH作为二次活性剂, 将所得活性炭进行二次化学活化处理, 从而得到二次活化活性炭. 将原始活性炭材料与二次活化活性炭材料都分别经过系列处理, 组装成电化学超级电容器进行电化学性能测试. 测试结果表明, 二次活化活性炭材料的电化学容量达到145.0 F·g-1(有机电解液), 远远大于原活性炭材料的容量(45.0 F·g-1). 为研究二次活化活性炭材料电化学容量大幅提高的原因, 将这两种材料分别进行微观结构数据测试, 包括比表面积、N2吸脱附等温曲线和孔径分布. 研究结果表明, 二次活化处理大大增加了二次活化活性炭材料在孔径为2-3 nm的中孔分布, 从而证实对于有机电解液, 电极材料在2-3 nm的中孔对其电化学容量的提高具有重要意义.     

高能量密度和功率密度炭电极材料

以核桃壳为原料, 采用同步物理-化学活化法制备活性炭(AC). 用氮气吸附法和傅立叶红外光谱(FTIR), 对活性炭的孔结构和表面官能团进行了分析. 以活性炭为电极材料制备炭电极, 6 mol·L-1 KOH溶液为电解液组装成超级电容器, 利用恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试方法研究其电化学性能及其与活性炭材料结构的关系. 结果表明, 实验电容器的内电阻、漏电流小, 循环充放电稳定性好, 容量保持率高; 活性炭的比电容随比表面积的增加而增大, 且与BET比表面积呈线性相关; 孔径在1.5-4 nm之间的孔表面有利于形成有效的双电层. 中等比表面积1197 m2·g-1炭样的比电容高达292 F·g-1, 80 mA充放电时, 电容器能量密度高达7.3 Wh·kg-1, 功率密度超过770 W·kg-1,峰值功率密度为5.1 W·g-1.     

炭化温度对烟杆基活性炭孔结构及电化学性能的影响研究

以烟杆为原料, 氢氧化钾为活化剂, 通过调节炭化温度(500～800 ℃温度范围)在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的活性炭材料. N₂吸附测试表明随着炭化温度降低, 活性炭的比表面积和总孔容先增大后减小, 中孔比表面积和平均孔径却一直增大. 其中600 ℃炭化样品经KOH活化后可制得比表面积为3333 m²•g^－1, 总孔容为2.47 cm³• g^－1, 中孔孔容达2.11 cm³•g^－1的高中孔率高比表面积活性炭材料. 采用直流充放电法、交流阻抗法和循环伏安法测定上述多孔炭为电极材料的双电层电容器的电化学性能, 结果表明: 炭化温度不同的烟杆基活性炭电极均表现出良好的功率特性, 充放电流增大50倍, 容量保持率均在80%左右, 其中TS-AC-600活性炭电极在有机电解液中1 mA•cm^－2充放电时, 比电容达到190 F•g^－1. 较高的中孔率和较大的平均孔径使得烟杆基活性炭电极具有良好的高倍率充放电性能.     

碳纳米管的活化处理及对其电化学容量影响的研究

采用KOH为活性剂,对碳纳米管进行活化处理,经透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜从不同角度观察,发现得到了两端开口,管长较短,管壁粗糙的活性碳纳米管．用氮气自动吸附仪测试了活化前后两种碳纳米管的比表面积,发现活性碳纳米管具有比活化前碳纳米管更高的有效比表面积,将这两种碳纳米管分别作为电极材料应用于电化学超级电容器,经测试,发现活化后的碳纳米管的电化学容量大大提高,在有机电解液中达到了50F／g．     

碳纳米管微结构的改变对其容量性能的影响

以KOH为活性剂，通过在高温下将碳纳米管进行活化处理来实现对碳纳米管管壁结构的改变，得到了比表面积和孔容分别是活化处理前约3倍和1.5倍的活性碳纳米管.将活化处理前后两种碳纳米管分别制作成电化学超级电容器电极，在充满氩气的无水手套箱组装成模拟电化学超级电容器，在恒流充放电模式下进行电化学可逆容量的测试，发现活性碳纳米管的电化学容量远高于活化前碳纳米管，是它的2倍.从而发现碳纳米管被打断，管壁变粗糙的活性碳纳米管比一般碳纳米管更适合用于电化学超级电容器电极材料.     

电沉积制备掺杂镧的Ni(OH)2及其超电容特性

用电沉积法制备掺杂La的Ni（OH）2超级电容器材料。通过XRD对掺杂La的Ni（OH）2进行结构表征，并采用三电极体系模拟电池对其电化学性能进行研究。研究结果表明：Ni（OH）2和La（OH）3的沉积过程主要受电化学极化控制，有利于获得均匀细致的结晶，且La（OH）3没有单独成相，可能是以La^3＋形式掺杂在了Ni（OH）2的晶格中。当Ni（NO3）2（0.5M）：La（N03）2（0.25M）=9：1（体积比）时，掺杂La的Ni（OH）2电极材料的放电容量最大，可达到840F·g^-1，且循环可逆性较好。当以1000mA·g^-1放电时也能达到670F·g-1。     

LiTFSI/2-噁唑烷酮电解液与不同微结构碳材料的电化学兼容性

二（三氟甲基磺酸酰）亚胺锂（LiTFSI）与1,3-氮氧杂环戊-2-酮（OZO）形成的离子液体具有良好的物理和电化学性能,表现出宽的液相温度范围和高的离子电导率,可满足超级电容器的应用需求。本文制备的LiTFSI-OZO离子液体体系中,各种离子的结构组成（如自由离子、离子对、积聚离子）及其之间的相互作用对离子液体的电化学性能具有较大的影响,将其作为电解液应用于不同微结构特性（孔径、比表面积等）的炭材料（碳纳米管(CNTs)、中孔活性炭(MEACs)和微孔活性炭(MIACs)）作为电极的电化学双层电容器中,电化学兼容性研究表明,由于中孔活性炭电极材料有最大的比表面积及最适宜的孔径分布,相应的模拟电容具有最高的比容量184.6 F?g-1。该研究表明,对电极材料的微结构特性与离子液体离子尺度进行优化匹配是实现离子液体作为电解液应用于超级电容器的关键。     

酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能研究

利用水蒸汽活化法制备了酚醛基活性炭纤维(ACF-H2O), 对其比表面积、孔结构与在LiClO4/PC(聚碳酸丙烯酯)有机电解液中的电容性能之间的关系进行了探讨. 用N2(77 K)吸附法测定活性炭纤维的孔结构和比表面积, 用恒流充放电法和交流阻抗技术测量双电层电容器(EDLC)的电容量及内部阻抗. 研究表明, 在LiClO4/PC有机电解液中, ACF-H2O电极的可用孔径(d)应在0.7 nm以上. 随着活化时间的延长, ACF-H2O的孔容和比表面不断增大, 但微孔(0.7 nm ＜ d ＜ 2.0 nm)和中孔(d ＞ 2.0 nm)率变化很小, 活化过程中孔的延伸和拓宽同步进行, 但过度活化则造成孔壁塌陷, 孔容和比表面迅速下降. 因此, 除活化过度的样品外, 电容量随比表面积呈线性增长, 最高达到109. 6 F•g-1. 但中孔和微孔的孔表面对电容的贡献不同, 其单位面积电容分别为8.44 μF•cm-2和4.29 μF•cm-2, 中孔具有更高的表面利用率. ACF-H2O电极的电容量、阻抗特性和孔结构密切相关. 随着孔径的增大, 时间常数减小, 电解液离子更易于向孔内快速迁移, 阻抗降低, 电极具有更好的充放电倍率特性. 因此, 提高孔径和比表面积, 减少超微孔(d ＜ 0.7 nm), 是提高 EDLC能量密度和功率密度的重要途径. 然而仅采用水蒸汽活化, 只能在小中孔以下的孔径范围内进行调孔, ACF-H2O电极电容性能的提高受限.     

惰性盐辅助合成介孔石墨化碳片及其电容性能

以惰性盐KCl为模板、硝酸镍为金属催化剂镍源、葡萄糖为碳源,通过碳化处理制备了介孔石墨化碳片。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射仪和比表面测试仪对介孔石墨化碳片进行了表征。探讨了碳片形成的机理,采用三电极测试体系研究了介孔石墨化碳片电极材料的电化学性能。结果表明,10gKCl制备的碳片比表面积最大（989m²·g^-1）,在6mol·L^-1KOH电解液中,当电流密度为0.5A·g^-1时,比电容达到180F·g^-1;当电流密度达到10A·g^-1时,比电容维持在148F·g^-1,显示了电极具有较好的倍率性能;在10A·g^-1条件下,2000次循环充放电测试后电容没有发生衰减,展示了在超级电容器方面的应用潜力。     

原位电化学合成铁基电极材料及其超级电容器性能

采用胶体纳米粒子为模型进行研究。假设活性阳离子均匀分布在导电碳与粘结剂中,电解液离子的渗入可以原位形成活性胶体团簇。通过原位电化学方法合成了不同组成的铁基超级电容器电极材料。在不同的阳离子电解液中,铁胶体离子电极的电容不同,其中在KOH、NaOH、LiOH电解液中分别为1 113、927、755 F·g^-1。通过胶体的介尺度结构构筑,实现离子到材料性能的跨尺度可控调节。通过对胶体模型的拓展,提供了原位组成调节到材料性能跨尺度调控的新方法。     

氧化锰表面改性活性炭电极材料的电化学特性

用Mn(NO3)2溶液浸渍-高温热解法对普通活性炭进行表面改性处理以改善其电化学性能. 采用氮气吸附、SEM、XRD等方法研究改性活性炭的比表面积、孔结构、形貌和氧化锰的晶体结构; 用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学方法研究了改性活性炭电极构成的电化学电容器的性能. 结果表明, Mn(NO3)2热解产生的多价态氧化锰有法拉第赝电容效应, 尤其是立方晶形结构的α-Mn2O3, 与活性炭的双电层电容构成了复合电容, 因而改性炭材料的比电容有明显的提高, 其质量比电容达到254 F·g-1, 比未改性炭的165 F·g-1提高了54%. 改性炭电极电化学电容器具有优异的充放电可逆性和稳定性, 而且等效串联电阻较小, 只有0.40 Ω; 经2000次循环的长期测试, 容量保持率几乎达到100%.     

活性炭基Li2SO4水系电解液超级电容器

采用中性Li2SO4水溶液代替H2SO4和KOH作为电解液制备了活性炭(AC)基对称型超级电容器,使水系超级电容器的工作电压由1.0V提高到了1.6V.采用循环伏安和充放电测试研究了电容器的稳定电化学窗口.电化学充放电测试表明电容器在0.25A.g-1电流密度下单电极比容量可达129F.g-1,在功率密度为160W.kg-1时能量密度达到10Wh.kg-1(以正负极活性物质的总质量计).1.6V恒压充电1h后电容器漏电流为0.22mA.超级电容器的库仑效率接近100%,充放电循环5000次后容量仍可保持在92%以上.研究了电解液的浓度对电容器电化学性能的影响,发现随着Li2SO4浓度的增大电容器的电荷转移电阻显著减小,大电流充放电性能提高.活性炭基Li2SO4水系电解液超级电容器具有工作电压高、能量密度高和对环境友好等优点,因此有很好的产业化前景.     

超级电容器电极材料MnO_2纳米棒的制备及其电化学性能(英文)

以洋葱碳为还原剂,KMnO4为氧化剂,稀硫酸溶液为溶剂,采用水热法一步制备MnO2纳米棒.利用X射线衍射仪和透射电子显微镜分析了MnO2纳米棒的物相、结构、形貌;将MnO2纳米棒作为电极材料组装了超级电容器,采用电池测试系统测定了超级电容器的电化学性能.结果表明,所得到的产物为α-MnO2,其直径为5~10nm,长度为50~100nm;以MnO2纳米棒作为电极材料组装的超级电容器具有较高的比容量和稳定性,有望在超级电容器的研究和应用中得到推广.     

有序介孔碳的简易模板法制备与电化学电容性能研究

0引言电化学电容器(Electrochemical Capacitors),又称为超级电容器(supercapacitors)是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型储能装置,它具有循环寿命长、比容量高、能快速充放电等优点[1,2]。近年来随着电子、电气设备的日趋小型化以及电动汽车工业的不断发展,作为后备电源和记忆候补装置的超级电容器日益引起了人们的广泛关注。碳材料由于具有成本低、比表面积大、导电性优良、制备电极工艺简单等特点,一直是超级电容器电极材料的首选。其中,活性炭是最早采用的多孔电极材料,其比表面积可高达2500￣3000m·2g-1[3]。然而,活性炭材料…     

含磷活性炭作为双电层电容器电极材料的电化学性能

采用磷酸活化和磷酸改性制备了不同种类的含磷活性炭,采用元素分析、X射线光电子能谱(XPS)和氮气吸附等手段分析了活性炭的元素含量、表面化学性质和孔隙结构,采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗分别考察了活性炭在KOH和H₂SO₄电解质溶液中作为超级电容器电极材料的电化学性能,采用自由截距多元线性回归拟合统计分析研究了活性炭电极比电容量的影响因素,应用三电极体系分析了磷元素对活性炭电化学性能的影响机理。研究结果表明,活性炭掺杂的磷引入了赝电容,提高了活性炭电极的比电容量,磷元素含量为5.88%(w)的活性炭的比电容量在0.1 A·g^-1下达到185 F·g^-1。统计分析结果显示,活性炭的中孔有利于电解质离子向微孔内的扩散。在6 mol·L^-1 KOH电解质溶液中,孔径在1.10-1.61 nm、2.12-2.43nm及3.94-4.37 nm范围内是电解质离子在活性炭孔隙内部形成双电层的主要场所;在1 mol·L^-1 H₂SO₄电解质溶液中,孔径在0.67-0.72 nm范围内有利于双电层电容的形成。     

氧化镍/碳纳米管复合型超级电容器的研制

通过电化学阴极还原的方法制备了氧化镍电极材料。经250℃脱水处理后氧化镍材料表现出法拉第赝电容的电化学特性且材料单电极比容量达到210F·g^-1，优于普通活性炭材料。本文采用催化裂解法制备了碳纳米管电极材料，比容量达到了42F·g^-1。提出了采用电化学法沉积氧化镍和碳纳米管分别作为电容器正负极的新工艺，该工艺制备的复合型超级电容器的工作电位达到了1.6V，且具有良好的大电流放电特性。实验还表明该型氧化镍超级电容器具有极低的自放电率。     

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。     

琥珀酸构建具有超级电容器性能的混合金属有机骨架

采用简单的溶剂热法合成了混合金属有机骨架材料（MOF （Ni,Co））,然后通过X射线衍射、FT-IR、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和N₂吸附-脱附对制备的材料进行了表征,并进一步研究了其作为超级电容器电极材料的性能。结果表明,具有独特的纳米花状结构的MOF （Ni_1.2Co_0.8）可以提供更多的电活性位点,从而具有优异的电化学性能,在1 A·g^-1时的比电容为850 F·g^-1。同时本研究工作说明MOF （Ni）电极材料在掺杂适量钴元素后,可增强电极内部电子/离子转移,降低活性物质和电解液之间的接触电阻,提高导电性,增强电化学性能。     

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。     

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)。