铁基二元金属氧化物超级电容器电极的研究

超级电容器是一种比功率大、循环寿命长的储能装置,在便携式电子设备和新能源汽车领域扮演重要角色,而超级电容器性能的提升主要依靠新型电极材料的开发、电解质溶液的革新和装配技术的优化等。综述了铁基二元金属氧化物的制备方法及其电化学性能的优化策略,重点介绍了铁基二元金属氧化物的微观结构调控和复合电极构建的最新研究进展。对电极设计的创新性研究思路进行了总结,并对铁基氧化物电极面临的挑战和未来发展方向进行了展望。

大峰矿无烟煤制备超级电容器电极材料研究

以大峰矿无烟煤制备超级电容器电极材料,采用低温氮吸附法和X射线衍射法对最佳条件下制备的活性炭进行分析。结果表明:最佳条件下制备的活性炭电极材料在6 mol/L的KOH电解液中比电容为344.976 F/g。制备的活性炭呈无定型结构,主要以微孔为主,还有一定比例的中孔,孔径分布合理。电极材料电容性能良好、可逆性好,以双电层储能为主,循环性能良好,电容保持率在90%以上。

由Co/Ni配合物先驱体制备NiCo_2O_4/C&S电容器电极材料

单一电极材料很难满足高性能超级电容器的需求。为开发兼具氧化物和碳材料优点的电极材料,本文通过氧化Co/Ni混合配合物先驱体,得到一种堆积紧密的Ni Co2O4/C&S纳米复合材料。对该复合物的结构、组成和电化学性质进行了表征分析。用于超级电容器电极材料时,该复合物展示出超长的冲/放电稳定性(>20000圈)。该复合物循环寿命的提高,得益于它的超高稳定性。本文探讨了C和S对形成这种稳定结构的作用。

水滑石超级电容器电极材料层间距调控研究进展

水滑石具有二维层状结构和高理论比电容,在超级电容器电极材料领域崭露头角。通过调控层间距,提高水滑石层间电化学活性位点利用率,降低离子传输阻力,成为水滑石等二维电极材料常用而有效的结构调控方法。近年来,水滑石层间距调控和电容性能研究报道迅速增加,但至今关于水滑石层间距调控提升电容性能的综述文章依然很少。因此,本文对水滑石的结构和储能机理进行了介绍,系统对比评述了离子交换法和一步合成方法调控层间距的优缺点,深入对比并总结了客体插层、金属阳离子配比调控、插层及水滑石载量调控等方法对水滑石层间距、成分、结构和电容性能的影响研究的进展情况,梳理出了调控层间距提升电容性能的常用方法和电容性能提升的内在机制,为推进水滑石电极材料的深入研究和应用发挥重要作用。

热分解法制备RuO_2-IrO_2/Ta超级电容器薄膜电极材料研究

用溶液涂刷热解法制备了RuO2-IrO2/Ta超级电容器薄膜电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对薄膜电极材料的结构和形貌的分析表明制备的电极材料具有纳米尺度和多孔结构。热分析表明(RuO2-IrO2).nH2O/Ta的结晶转化温度约为327℃。在频率为100 Hz时经320℃/30 min处理涂刷5层的热分解法制备的电极在浓度为37%的硫酸溶液中获得最大电容为55mF/143 mm2。

多孔石墨烯/聚苯胺材质的超级电容器用电极薄膜的制备及其电化学性能

对于体积有限的小型便携式储能设备来说,电极材料在达到高比电容和稳定的循环性能的同时,更要向缩小占用体积的方向发展。本研究运用一种简单新颖的策略,制备出用于超级电容器电极的无需粘结剂、自支撑多孔石墨烯/聚苯胺复合薄膜。在该复合体系中,多孔石墨烯可以提供丰富的离子扩散通道,聚苯胺能够抑制石墨烯片层间的聚集堆积,并提供额外的赝电容。通过两者的协同作用,该电极薄膜在较高的密度下(1.47 g·cm^(-3)),拥有582 F·cm^(-3)的体积比电容以及卓越的循环稳定性。这种具备致密结构并且拥有卓越电化学性能的电极薄膜对于开发体积受到限制的小型便携式储能器件有着重要意义。

贱金属内电极多层陶瓷电容器(BME-MLCCs)研究进展

贱金属内电极多层陶瓷电容器(BME-MLCCs)经过40年的发展,目前已成为多层陶瓷电容器的主流。钛酸钡的缺陷化学是发展BME-MLCCs的理论基础,利用该理论研发抗还原的钛酸钡基介质陶瓷组成,使钛酸钡基介质陶瓷与镍内电极能够在还原性气氛中共烧。BME-MLCCs工业化的一个关键问题是降低由带电荷的氧空位移动所造成的老化。

由Co/Ni配合物先驱体制备超长循环寿命的NiCo2O4/C & S超级电容器复合物电极材料

单一电极材料很难满足高性能超级电容器的需求。为开发兼具氧化物和碳材料优点的电极材料,本文通过在400℃下氧Co/Ni混合配合物先驱体,得到一种堆积紧密的NiCo2O4/C & S纳米复合材料。应用多种检测手段,如粉末衍射、扫描电镜、透射电镜和元素分析等,对该复合物的结构特征和组成进行了表征。同时,利用循环伏安、恒流冲放电和阻抗分析等技术对该复合材料的电化学性质进行了分析。结果表明,该复合材料是由NiCo2O4纳米颗粒和未完全碳化、硫化的微量C和S均匀复合而成。当用于超级电容器电极材料时,该复合物展示出超长的冲/放电稳定性(>20,000圈)。该复合物循环寿命的提高,得益于它的超高稳定性。本文探讨了掺杂的C和S对形成这种稳定结构的作用。实验结果显示,NiCo2O4/C & S复合材料对开发实用型超级电容器电极材料具有重要参考价值。

双层电容器电极用接枝交联炭黑

异氰酸酯预聚物容易和炭黑表面上的氧化官能团发生反应。测定不同预聚物的接枝性能。用二异氰酸酯接枝的炭黑中，具有能和聚氨酯系统进行交联的活性异氰酸酯基团。这种交联炭黑可用作电化学电极的新型活性材料。利用滴定和热解重量分析法测定炭黑的接枝基团，证明炭黑的交联效果很好。测试这种产品用作双层电容器活性材料时的性能。使用该电极活性材料的双层电容器能产生200F／g的比电容。所用聚合物的交联效率达58％。

镍电极多层电容器及其应用

介绍采用镍金属作为电极的新型电容器的结构、性能及其应用。

浅谈镍内电极瓷介电容器评估方法的建立

本文在参照国内外相关评估方法的基础上,主要从镍内电极瓷介电容器的固有特性及用户适用性角度建立镍内电极瓷介电容器的评估方法,对镍内电极瓷介电容器的固有可靠性及使用可靠性进行评估,以满足型号可靠性要求。

有机敏感材料梳状电极电容式SO_2传感器的研究

煤燃烧产生的SO_2是大气污染的重要来源。化学传感器法是监测SO_2的实用方法之一,开发研制实时、原位监测SO_2的化学传感器,对于控制酸沉降十分必要。梳状电极电容式(IDC)SO_2传感器的原理是SO_2能够与有机物中的某些基团形成可逆的弱加合物,改变电介质的介电常数,使电容发生变化。可将对SO_2敏感的物质制成薄膜电容器,与一信号处理回路相连。当其暴露在一定浓度的SO_2气体中时,会导致IDC的电容发生变化。本文采用氧化硅片为基质制成IDC,用溶胶—凝胶技术将不同的有机敏感材料涂覆于其上,测定不同条件下的IDC的电容。得到此种电容的变化值与SO_2的浓度、敏感层的厚度的关系。

纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极的制备

目的以纳米纤维素/碳纤维复合膜为导电基底,制备纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管超级电容器电极。方法利用超声处理和真空抽滤制备纳米纤维素/碳纤维复合膜;利用原位聚合法制备聚苯胺和聚苯胺/碳纳米管复合材料;通过真空抽滤法制备纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺电极和纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极。结果在纳米纤维素/碳纤维复合膜中,碳纤维形成了互穿导电网络结构,是良好的超级电容器电极导电基体;纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极具有良好的电化学性能,在扫描速率为5 mV/s的条件下,质量比电容为380.74 F/g,且在1000次循环测试后,电容保留率为88.05%。结论以纳米纤维素/碳纤维导电复合膜作为基体制备的纳米纤维素/碳纤维-聚苯胺/碳纳米管电极具有良好的电化学性能,可以作为超级电容器电极。

多级结构镍钴氧化物复合材料的制备及其电容性能

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。

基于石墨烯电极的埃洛石/聚苯胺超高柔性复合电极

导电聚合物聚苯胺(PANI)具有理论电容大、制备成本低、容易大规模合成等优点,在超级电容器领域具有巨大的应用潜力。然而纯的PANI结构致密,实际电容有限,限制了其在电化学储能器件中的应用。本研究利用工艺简单且成本较低的化学氧化聚合法制备了基于无机中空管状埃洛石和导电聚合物PANI的纳米复合物,并将其浇注在石墨烯电极上制备高柔性超级电容器电极。通过扫描电镜对产物的微观形貌进行分析,可以看到PANI均匀包覆在埃洛石管壁上,形成多级分层的核壳结构。基于此,电极材料与电解液的有效接触面积明显增大,得到的埃洛石/聚苯胺电极在1 A/g的电流密度下呈现出超高的电容值(446.1 F/g),并且在10 A/g的高电流密度下仍然具有良好的倍率性能和循环稳定性(循环1600次后保留初始电容值的90.5%)。此外,由于石墨烯基底与PANI之间存在的π-π堆积作用,PANI在反复弯折过程中能紧紧黏附在石墨烯电极上,进而展现出超高的耐弯折性能(5000次弯折,电容保留率90.2%)。本方法制备的复合电极具有卓越的电化学性能,为制备导电聚合物基高柔性超级电容器提供了参考。

喷雾包覆法制备镍电极X7R瓷料

以水溶性硝酸盐为原料,通过喷雾包覆的方法,实现了掺杂材料对BaTiO3的均匀包覆,得到了符合EIA—X7R规范的镍电极MLCC瓷料。用SEM、EDX对包覆粉体进行了表征,分析了包覆掺杂机理。通过制作圆片和Ni-MLCC进行电性能验证。结果表明,所得Ni-MLCC,εr达3 075,tanδ为1.16×10–2,最大容量温度变化率为10.61%,特别适合于大规模生产。

交流电电解制备NiO-Ni(OH)_(2)/石墨片及其电性能研究

分别以镍条和石墨棒为电极、氢氧化钠为电解液,施加交流电进行电解合成NiO-Ni(OH)_(2)/石墨片复合材料.通过XRD、SEM及(HR)TEM等对该材料进行物性表征,并研究其用作超级电容器电极的电化学性能.结果表明,经电解进入溶液中的镍离子以NiO和Ni(OH)_(2)两种晶体形式,颗粒尺寸约为70 nm均匀分散在被剥离成石墨片形成的微米束中.该复合材料做成的电极表现出优异的电化学综合性能,当充放电电流密度为20 A/g时,比容量高达1142 F/g;经2000次充放电循环后,容量保持率接近96%.材料优异的电化学性能归功于活性物质镍氧化合物颗粒纳米化以及石墨片层形成的微米束为离子和电子传输提供快速通道.

不同形貌纳米NiO结构的可控性研究

为了研究可作为超级电容器电极材料的纳米结构Ni O的不同形貌,以镍盐和尿素为原料,采用水热法合成纳米级Ni O.利用X线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征所合成的纳米结构.结果表明:以Ni(NO3)2·6H2O为原料所合成的Ni O具有"花状"结构;反应温度的升高对Ni O表面形貌的影响不大;随着反应时间的增加,纳米结构Ni O薄片的厚度也随之增加;通过加入一定量的NH4F可以控制合成一定形貌的Ni O,说明NH4F不仅具有提高反应速率的作用,还可以调节反应的稳定性,有利于形成"花状"结构的Ni O.纳米结构Ni O形成过程中,由于极强的各向异性,优先形成片状纳米结构,再由于自组装特性,进而形成"花状"结构的Ni O.

活性炭的应用研究进展

活性炭因其独特的孔隙结构和物化性质,应用广泛。概述了活性炭用于环境保护、催化和负载催化剂、临床医学、超级电容器电极以及储氢等5个方面的研究进展。

Ti3C2Tx与MnO2纳米线复合薄膜的制备及其电化学性能分析

类石墨烯过渡金属碳化物(MXene)是一类新兴的导电二维材料,具有很好的电化学储能性能。MXene自支撑膜中二维片层的二次堆积会影响离子传输,降低其比电容。MnO2是一种优良的赝电容材料。两者复合有望提高MXene的比电容。首先对制备的二氧化锰(MnO2)纳米线进行改性处理后与Ti3C2Tx(MXene)混合,真空辅助抽滤得到复合薄膜。然后对复合薄膜进行结构表征及电化学性能测试。研究了MnO2的参杂量对电极材料的质量比电容的影响,并对质量比电容提高的机理进行了分析。实验结果表明,MnO2重量比为16.6%时,与纯MXene膜相比,复合薄膜的比电容增加到116F/g,增加了70%,MnO2纳米线的加入显著提高了复合薄膜的电化学储能性能。