摘要：离子插层是提高Ti_(3)C_(2)TxMXene电化学性能的有效方法之一.然而,不同的插层离子对MXene的结构和电化学性能的影响是否相同这一问题尚不清楚.本文系统研究了Li+、Na+、K+、Cs+、Zn2+、Mg2+、SO_(4)2-和OH-等一系列离子插层后的MXene的结构特征和电化学性能.研究结果表明,插层离子的半径、电荷数和化学特性对插层效果都会产生影响.在所研究的插层剂中,由离子半径最大的一价阳离子Cs+和具有强碱性的阴离子OH-组成的插层剂CsOH对MXene具有较好的插层效果.插层后的MXene层间距增大,层间容纳了大量游离水,Ti的价态升高,片层表面有利于氧化还原反应的含O官能团增多,这都大大促进了电解液离子H+的扩散与存储.由此制备的电极的质量比电容大幅度提高,为原始MXene电极的7倍多,而且经过20,000次充放电循环后电容保持率未发生下降.本文为具有高电容性能的MXene和MXene基复合电极的合理设计和制备提供了指导.

摘要：超级电容器是一种绿色储能节能器件,其性能主要是由电极材料所决定的。以疏松的石墨烯(GR)为模板,先后以吡咯(Py)和苯胺(ANi)为单体,采用两步原位聚合法制备了具有“三明治”结构的石墨烯/聚吡咯/聚苯胺(GR/PPy/PANi)复合材料,探索了原料比对复合材料结构、微观形貌、电化学性能的影响。研究表明,Py和ANi分别能均匀地聚合在GR和GR/PPy纳米片上;GR/PPy/PANi复合材料具有较小的内阻,兼有双电层电容和赝电容储能,当GR∶Py∶ANi原料质量比为1∶5∶5和电流密度为0.2 A/g时,其放电比电容和能量密度分别达到178.8 F/g和35.8 Wh/kg。原料比对GR/PPy/PANi复合材料电容性能的影响较大,通过对复合材料的优化设计,可以开发用作超级电容器的电极材料。

摘要：超级电容器作为一类新兴的能量存储转换器件,因其充放电速度快、寿命长和安全环保的特点而受到推崇。其中,用于超级电容器的电极材料一直是人们的研究重点,综合原料来源、价格和制备工艺等因素,多孔碳电极材料成为首选。盐模板法和KOH化学活化法都是制备多孔碳电极常用的方法,前者产物的孔结构以介孔为主,但操作复杂;后者活化产物比表面积大,可以精确控制多孔碳电极的孔径分布和孔体积,但该法活化后的多孔碳多以微孔为主。若将两者结合,形成优势互补,协同构建合理的碳材料结构,有助于提升多孔碳电极的电化学性能。以锂电负极行业的固废——针状焦的生焦粉为原料,利用模板和化学活化相结合的方法制备电极材料,探索盐(KCl)和碱(KOH)的添加比例对碳电极材料电化学性能的影响。研究结果表明,两种方法相结合制备得到的多孔碳样品的碳结构以表面缺陷较多的无定型碳为主。随着KOH加入量的增加,无定型结构的碳增加,但是加入过量的KOH并不能提高无定型碳的含量。三电极测试分析发现,样品PC-2表现出优异的电容性能,在1 A·g^(−1)的电流密度下,质量比电容达到266.9 A·g^(−1);在10 A·g^(−1)的高电流密度下,容量保持率高达79.4%。该电极材料的内阻仅为0.67Ω,并且双电层电容性能有极短的响应时间。当m(生焦粉)∶m(KCl)∶m(KOH)=1∶3∶2时,KCl和KOH的协同活化效果达到了最佳,显著提高了碳电极材料电荷的传输能力,且能有效地缩短电解质离子在材料内部的扩散路径,表现出较快的充放电速度。

摘要：通过直接电化学法,本文利用MXene表面官能团的诱导能力,在外加电场的作用下,将苯胺单体与MXene共同修饰在不锈钢电极表面,成功制得具有三维结构的MXene/聚苯胺复合电极材料。采用SEM、XRD、XPS、FTIR和Raman光谱对复合电极材料的表面形貌、物相结构和组成进行了表征,并在1mol/L H_(2)SO_(4)中详细研究了该电极材料的电容性能。结果表明,得益于MXene的掺杂,MXene/聚苯胺复合电极表现出较好的电子传导能力和优异的电容性能,在10mV/s的扫描速率下电容可达417F/g,当扫描速率增至200mV/s时,其电容保持率为52%,比纯PANI电极高31%。该复合电极材料具有良好的循环稳定性,在1.0A/g的电流密度下循环2000次后电容保持率可维持在83.4%。此项研究工作可为三维MXene复合材料的构建提供设计思路。

摘要：设计高性能的可压缩电极是实现可压缩电容器器件的关键,碳海绵(CS)具有理想的压缩形变,但却受制于有限的容量。本工作以CS为可压缩基底,通过恒电流沉积及低温热处理技术,在CS骨架上均匀沉积了α-Fe2O3纳米片。复合电极中Fe2O3的负载量随沉积时间的延长逐渐增加,且在沉积16 h后达到饱和。系统地考察了CS-Fe2O3复合电极在不同压力下的可压缩性能,并在三电极体系中,通过循环伏安、恒电流充放电等方法研究了CS-Fe2O3复合电极在3.0mol·L^-1KOH电解液中的电容性能。结果表明,当复合电极CS-Fe2O3压缩率减小时,电极的内阻增大,比电容相应减小。CSFe2O3-12电极在电流密度为1 A·g^-1时的最大比电容为294 F·g^-1,且经过10000次恒电流充放电后,电容量仍然能保持初始值的81%,是一种潜在的电化学性能稳定的可压缩超级电容器电极材料。

摘要：镍钴双氢氧化物具有优异的赝电容性能,但存在充放电过程中因其活性位点利用率较低、导电性较差等问题而导致电容量不能完全释放。本文构建了生物质黄桃衍生的三维网格结构碳材料并用于调控二元镍钴双氢氧化物的超级电容性能。结果表明,二元镍钴双氢氧化物/生物质黄桃衍生多孔碳复合材料显著提高了超级电容器的赝电容容量和倍率性能。研究表明,该复合材料电容性能的提高主要归因于黄桃衍生三维多孔碳的高比表面积、优异的孔结构和高的电子导电性有效提高了二元镍钴双氢氧化物的活性位利用率并缩短了电子/物质传输距离。

摘要：本文通过水热辅助真空冻干法制备得到了可以自支撑的石墨烯/二氧化锰(GN/MnO_2)复合材料,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别对复合材料结构与形貌进行表征,并以复合材料为工作电极,组装成对称电容器,探究反应物质量比与电解液对材料电化学性能的影响,结果表明:在KOH电解液中,复合材料的比电容最大;当反应物质量比为1∶4时,该复合材料比电容可以达到224F/g(电流密度为1A/g).

摘要：为提升Co3O4材料的实际电容性能,设计一种多级结构的双金属镍钴复合材料。采用水热法将碱式碳酸钴纳米片原位生长于碳纤维布上(CC@CCH NS);再利用电沉积法将层状结构的镍钴双氢氧化物生长在碱式碳酸钴纳米片上(CC@CCH NS@NiCo LDH),退火处理后得到多级结构CC@Co3O4@NiCo2O4复合材料。测试结果表明:CC@Co3O4@NiCo2O4复合材料在2 mA/cm2的电流密度下比电容为1175 mF/cm2;当电流密度升高至20 mA/cm2时,其比电容仍保持在1068 mF/cm2;并且在15 mA/cm2的电流密度下循环5000后仍保留了97.1%的初始电容,且各项电化学性能均高于CC@Co3O4,这意味着多级结构和双金属体系的引入使复合材料的性能得到了极大提升。

摘要：商业活性炭(Commercial Activated Carbon,CAC)具有很高的比表面积和理论电容量,但由于其单一的微孔结构不利于高电流下离子的扩散和传输,因而导致CAC基电容器的倍率性能较差。实验表明,通过将富含介孔的炭黑(Carbon Black,CB)与CAC以质量比3∶7混合,能够得到兼具微孔和介孔的多级孔碳复合材料,该复合材料的比表面积为1120 m^(2)·g^(-1)。将此多级孔碳复合材料制作成超级电容器的电极材料,KOH作为电解液,在1 A·g^(-1)电流密度下的比容量高达182 F·g^(-1)。在倍率性能测试方面,该多级孔碳电极在1~50 A·g^(-1)电流密度下的容量保持率为78%,呈现出优异的倍率性能。即使是在10 mg·cm-2的电极负载量条件下,该多级孔碳复合材料电极在10 A·g^(-1)的电流密度下循环8000圈后,容量保持率仍高达96%。因此该多级孔碳复合材料具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。同时,这一简单高效的复合策略可以为多级孔碳复合材料的结构设计提供新的思路。

摘要：以毛竹为炭前驱体,KOH作活化剂,制备具有高比表面积的活性炭(HSAAC)材料,考察了KOH与竹炭的质量比(碱炭比)对活性炭孔结构、吸附性能和电容性能的影响。结果表明:随着碱炭比值的增加,活性炭的比表面积、中孔容积和总孔容增大,微孔孔容先增大后减小;碘吸附值、亚甲基蓝吸附值均呈现先增大后减小的趋势,碱炭比值为4时达到最大,分别为2 168和569 mg/g。当碱炭比值为4时,可制得比表面积为2 610 m2/g、总孔容为1.24 cm3/g(其中微孔孔容0.81 cm3/g,中孔孔容0.382 cm3/g)的活性炭材料。以其为电极材料组装的电容器在30%H2SO4电解液中的比电容为206 F/g。