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盐+碱协同对多孔碳电极材料电化学性能的影响
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作者 朱万兵 郭金梅 +3 位作者 张海玲 文锡量 程俊霞 朱亚明 《材料研究与应用》 CAS 2024年第3期480-486,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 超级电容 生焦粉 碳电极材料 协同效应 电容性能 质量比电容 弛豫时间 倍率性
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高倍率性能聚苯胺纳米线超级电容器电极材料的制备 被引量:2
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作者 任莉君 张改妮 +1 位作者 雷霁 李慧琴 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期56-58,61,共4页
采用简单的化学氧化聚合法,制备了分散性良好且尺寸均一的聚苯胺(PANI)纳米线电极材料,其直径和长度分别为~60nm和~1μm。三电极体系电化学测试结果表明PANI纳米线电极在电流密度为0.5A/g时的质量比电容为505F/g,电流密度从0.5A/g增至20... 采用简单的化学氧化聚合法,制备了分散性良好且尺寸均一的聚苯胺(PANI)纳米线电极材料,其直径和长度分别为~60nm和~1μm。三电极体系电化学测试结果表明PANI纳米线电极在电流密度为0.5A/g时的质量比电容为505F/g,电流密度从0.5A/g增至20A/g的电容保持率高达78%。PANI纳米线电极材料有望成为组装高倍率性能超级电容器的可选电极材料。 展开更多
关键词 聚苯胺 纳米线 电极材料 质量比电容 倍率性能
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废弃刨花板制备含氮活性炭超级电容器电极 被引量:1
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作者 任汝全 尚童鑫 金小娟 《东北林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第12期93-98,共6页
以废弃刨花板为原料,KOH为活化剂制备活性炭,探讨活化温度、活化剂用量对活性炭的影响。通过X射线光电子能谱对所得活性炭结构进行表征,采用氮气吸附法和元素分析对其比表面积、孔隙结构和元素组成进行分析。制备双电层电容器,测试含N... 以废弃刨花板为原料,KOH为活化剂制备活性炭,探讨活化温度、活化剂用量对活性炭的影响。通过X射线光电子能谱对所得活性炭结构进行表征,采用氮气吸附法和元素分析对其比表面积、孔隙结构和元素组成进行分析。制备双电层电容器,测试含N活性炭电极的恒流充放电曲线、倍率特性、伏安特性和阻抗特性,分析电化学性能。结果表明,活化温度为850℃,m(碱)∶m(碳)=2.5∶1时,BET比表面积和总孔容积最大,分别达到1 083 m^2/g和0.862 cm^3/g;当活化温度为750℃,碱碳比为2.5∶1时,电化学性能最优,其质量比电容量在0.05 A/g的电流密度下达到184 F/g。 展开更多
关键词 废弃刨花板 活性炭 KOH 质量比电容
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废弃酚醛树脂保温材料基电极材料多孔炭的制备及构效关系
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作者 苏英杰 高丽娟 +3 位作者 卢振杰 杨广 程俊霞 赵雪飞 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期191-197,共7页
低成本高效杂原子掺杂多孔炭材料在高性能超级电容器的发展中起着至关重要的作用。酚醛树脂基泡沫保温板含有氮、氧元素,是制备高效多孔炭的“零”成本原料。本工作以废弃酚醛树脂外墙保温板为原料,采用化学活化法制备了用于超级电容器... 低成本高效杂原子掺杂多孔炭材料在高性能超级电容器的发展中起着至关重要的作用。酚醛树脂基泡沫保温板含有氮、氧元素,是制备高效多孔炭的“零”成本原料。本工作以废弃酚醛树脂外墙保温板为原料,采用化学活化法制备了用于超级电容器电极材料的多孔炭。结果表明,获得最优电化学性能的工艺条件为:活化剂KOH,碱炭质量比2∶1,活化温度600℃,活化时间2 h。该条件下制备的多孔炭的比表面积为960 m^(2)/g,孔结构以微孔和介孔为主;XRD和Raman表征发现多孔炭石墨化程度较低,主要为无定型碳结构;XPS和FTIR检测到多孔炭含有氮、氧元素。对于多孔炭的电化学性质,以3 mol/L KOH为电解液、电压窗口为-1~0 V、电流密度为0.5 A/g时,三电极系统测试得到质量比电容为315 F/g;在4 A/g的电流密度下,对称超级电容器经过20000圈循环后电容保持和库仑效率仍接近100%。在15 A/g的高电流密度下,对称两电极系统测试能量密度为27.1 Wh·kg^(-1),功率密度为7100 W·kg^(-1)。与其他单纯碳材料相比,废弃酚醛树脂基保温板多孔炭展示出更优异的电化学性能。 展开更多
关键词 酚醛树脂保温材料 多孔炭 活化剂 质量比电容 双电层电容
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高电容性能MXene电极对插层修饰离子的选择性 被引量:1
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作者 胡敏敏 代君 +5 位作者 陈丽红 孟阿兰 王磊 李桂村 谢海姣 李镇江 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期974-981,共8页
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... 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. 展开更多
关键词 电容性能 充放电循环 质量比电容 电化学性能 氧化还原反应 离子半径 复合电极 电荷数
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Al掺杂炭气凝胶超级电容器电极材料的制备以及电化学性能
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作者 陈诗兵 叶亚平 +1 位作者 周雅慧 宗传芹 《炭素技术》 CAS 北大核心 2015年第5期16-21,共6页
以间苯二酚和甲醛为原料,硝酸铝、硫酸铝为催化剂,通过溶胶凝胶反应制备有机气凝胶,分别将有机气凝胶直接在氮气中高温炭化和经磷酸溶液活化后再经氮气高温炭化得到Al掺杂的炭气凝胶,研究Al掺杂和磷酸活化对炭气凝胶性质的影响。经SEM... 以间苯二酚和甲醛为原料,硝酸铝、硫酸铝为催化剂,通过溶胶凝胶反应制备有机气凝胶,分别将有机气凝胶直接在氮气中高温炭化和经磷酸溶液活化后再经氮气高温炭化得到Al掺杂的炭气凝胶,研究Al掺杂和磷酸活化对炭气凝胶性质的影响。经SEM、氮气吸附-脱附以及XRD等对样品进行表征,分析样品的形貌和结构,采用循环伏安、恒流充放电测定了材料的电化学性能。结果表明,Al掺杂和磷酸活化增加了微孔孔容,提高了材料的比表面积。Al掺杂炭气凝胶中,硝酸铝为催化剂制备的电极材料质量比电容高于硫酸铝,为125 F/g。磷酸活化后,材料的比电容达到225 F/g。掺杂和活化均提高了材料的质量比电容,其中磷酸活化对质量比电容影响更大。 展开更多
关键词 掺杂Al炭气凝胶 磷酸活化 微孔孔容 质量比电容
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Al4B2O9 nanorods-modified solid polymer electrolytes with decent integrated performance 被引量:1
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作者 Xiqiang Guo Wenjie Peng +7 位作者 Yuqi Wu Huajun Guo Zhixing Wang Xinhai Li Yong Ke Lijue Wu Haikuo Fu Jiexi Wang 《Science China Materials》 SCIE EI CSCD 2021年第2期296-306,共11页
With the proliferation of energy storage and power applications, electric vehicles particularly, solid-state batteries are considered as one of the most promising strategies to address the ever-increasing safety conce... With the proliferation of energy storage and power applications, electric vehicles particularly, solid-state batteries are considered as one of the most promising strategies to address the ever-increasing safety concern and high energy demand of power devices. Here, we demonstrate the Al4B2O9 nanorods-modified poly(ethylene oxide) (PEO)-based solid polymer electrolyte (ASPE) with high ionic conductivity, wide electrochemical window, decent mechanical property and nonflammable performance. Specifically, because of the longer-range ordered Li+ transfer channels conducted by the interaction between Al4B2O9 nanorods and PEO, the optimal ASPE (ASPE-1) shows excellent ionic conductivity of 4.35×10^−1 and 3.1×10^−1 S cm^−1 at 30 and 60℃, respectively. It also has good electrochemical stability at 60℃ with a decomposition voltage of 5.1 V. Besides, the assembled LiFePO4//Li cells show good cycling performance, delivering 155 mA h g−1 after 300 cycles at 1 C under 60℃, and present excellent low temperature adaptability, retaining over 125 mA h g^−1 after 90 cycles at 0.2 C under 30℃. These results verify that the addition of Al4B2O9 nanorods can effectively promote the integrated performance of solid polymer electrolyte. 展开更多
关键词 all-solid-state lithium ion battery Al4B2O9 nanorods ionic conductivity polymer electrolyte
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Universal lithiophilic interfacial layers towards dendrite-free lithium anodes for solid-state lithium-metal batteries 被引量:2
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作者 Guanjie Lu Zhencai Dong +10 位作者 Wei Liu Xiaoping Jiang Zuguang Yang Qiwen Liu Xiukang Yang Dan Wu Zongyang Li Qiannan Zhao Xiaolin Hu Chaohe Xu Fusheng Pan 《Science Bulletin》 SCIE EI CSCD 2021年第17期1746-1753,M0003,共9页
Solid-state lithium-metal-batteries(SSLMBs)using garnet Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)as the solid electrolyte are expected to conquer the safety concerns of high energy Li batteries with organic liquid e... Solid-state lithium-metal-batteries(SSLMBs)using garnet Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)as the solid electrolyte are expected to conquer the safety concerns of high energy Li batteries with organic liquid electrolytes owing to its nonflammable nature and good mechanical strength.However,the poor interfacial contact between the Li anode and LLZTO greatly restrains the practical applications of the electrolyte,because large polarization,dendritic Li formation and penetration can occur at the interfaces.Here,an effective method is proposed to improve the wettability of the LLZTO toward lithium and reduce the interfacial resistance by engineering universal lithiophilic interfacial layers.Thanks to the in-situ formed lithiophilic and ionic conductive Co/Li_(2)O interlayers,the symmetric Li/CoO-LLZTO/Li batteries present much smaller overpotential,ultra-low areal specific resistance(ASR,12.3 X cm^(2)),high critical current density(CCD,1.1 mA cm^(-2)),and outstanding cycling performance(1696 h at a current density of 0.3 mA cm^(-2))at 25℃.Besides,the solid-state Li/CoO-LLZTO/LFP cells deliver an excellent electrochemical performance with a high coulombic efficiency of~100%and a long cycling time over 185 times.Surprisingly,the high-voltage(4.6 V)solid state Li/CoO-LLZTO/Li_(1.4)Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_(2.4)(LMNC622)batteries can also realize an ultra-high specific capacity(232.5 mAh g-1)under 0.1 C at 25℃.This work paves an effective way for practical applications of the dendrite-free SSLMBs. 展开更多
关键词 GARNET Lithium metal batteries Lithiophilic layers Solid-state electrochemical interface Solid-state electrolytes
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