石墨烯基复合超级电容器材料研究进展

石墨烯基复合材料因其优异的性能广泛应用于各个领域,尤其在超级电容器的研究中。本文对石墨烯基复合超级电容器材料的结构进行了分类,并分别从石墨烯-碳基复合材料、石墨烯-导电高分子复合材料、石墨烯-过渡金属化合物复合材料的角度,总结了不同石墨烯基复合超级电容器材料的研究进展,重点强调了优化电极结构和提高电极性能之间的关系。同时,概述了石墨烯基复合材料在锂离子电池、太阳能电池、催化等其他方面的应用。获得高能量密度、功率密度以及长循环寿命的超级电容器是其作为电极材料的发展趋势。

超级电容器材料研究的辩证思维

本文运用唯物辩证法的原理,以超级电容器电极材料的研究为例,阐述了超级电容器的发展是一次新的能源技术革命,并对超级电容器贮能机理的矛盾律、理论与实验的相对性与统一性关系、研究目标的创新性、材料合成过程中把握好度的原则进行了辩证分析,最后根据知识经济时代材料的特征对超级电容器的发展方向及面临的挑战作了前瞻性分析。

新型超级电容器材料修饰尿液微生物燃料电池阳极的研究

超级电容器活性炭(SC-AC)是一种新型高吸附活性炭,具有超大高比表面积,发达的中孔结构和高电容性质.在本文中,这种新型超级电容器材料被用于修饰尿液微生物燃料电池(Urine-powered Microbial Fuel Cell,UMFC)阳极碳布.比表面积测试结果显示SC-AC的修饰显著增加了阳极的比表面积.电化学阻抗谱表明SC-AC的修饰有效增大了阳极的导电率。高比表面积和高电容特性的协同作用使SC-AC修饰的阳极碳布(SC-AC/CC)表面的微生物附着量远大于空白碳布(CC).SC-AC/CC为阳极的UMFC的最大功率密度达到555.10 mW·m^(-2),是CC的1.8倍。研究结果表明,这种新型超级电容器材料可以用于修饰UMFC阳极且可有效地提升其整体性能.

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。

北航“高性能超级电容器用纳米材料与技术”顺利通过课题验收

近日，北京航空航天大学工程训练中心与防化研究院合作研究的国家863专项项目“高性能超级电容器用纳米材料与技术”顺利通过课题验收。

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。

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。

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。

微波水热法制备二氧化锰/石墨烯复合材料

用微波水热法,以乙醇作为还原剂,在60℃下加热4 h,一步制备二氧化锰(MnO2)/石墨烯复合材料。通过XRD、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电镜(TEM)等方法对产物进行分析,发现MnO2较好地分散在石墨烯表面。通过循环伏安和恒流充放电研究了产物的电化学性能:以100 mA/g的电流在0～0.8 V(vs.SCE)循环,制备的MnO2/石墨烯复合材料在1 mol/L的Li2SO4中的比电容为195 F/g。

Co2O3/石墨烯复合材料的结构及电化学性能研究

采用CoCl3·(H2O)6作为钴源通过化学反应制备了Co2O3,并用水热法制备了Co2O3/石墨烯的复合材料。利用XRD、Raman、SEM对其进行结构表征。结果表明:制备样品结晶完整,能够体现相应物相的XRD特征峰值;并且样品的Raman图样不但体现出Co2O3的特征谱峰,而且在能够体现石墨烯单层结构分离度好的2D峰处也表现出优异的特性。样品微观组织观察发现Co2O3呈棒状短柱状嵌入或平布在石墨烯基底上。电化学测试表明:复合材料电化学性能优良,在50mV/s的扫描速率下质量比电容达到了240F/g。

对流微通道反应器制备Ni2P材料及Co掺杂改性

使用NiCl2·6H2O、KOH、NaH2PO2·2H2O和CoCl2·6H2O等为反应物,在对流微通道反应器(CFMCR)中制备了Ni(OH)2前驱体,然后在PH 3气氛中将其还原,最后经酸洗得到目标产物Ni2P。探讨了CFMCR反应工艺条件(包括体积流量、pH和陈化时间)和磷化反应温度等对制备的Ni(OH)2前驱体及最终的Ni2P材料性能的影响,确定了制备Ni2P材料的最佳工艺条件,并利用CFMCR对制备的Ni2P材料进行了Co掺杂改性,提高了材料的充放电循环性能以及比电容。结果表明,利用CFMCR制备的Ni2P材料最高比电容可达到1200F/g,500次恒流充放电循环后比电容保有率约为65%;掺杂Co元素制备的Ni-Co-P复合材料最高比电容为1475F/g,500次恒流充放电循环后比电容保有率约为84%。

矿物复合材料及其能量存储与能源催化应用

矿物复合材料是近些年来发展起来的材料科学分支学科,是与地质学领域的矿物岩石学融合创新的交叉领域.它既具有矿物所具备的特定功能和属性,又包含复合材料的鲜明特征,在生态环境、新能源、大健康等领域具有广阔应用前景,并符合“碳达峰、碳中和”的战略需求.随着人类对能源可持续性的探索,与能源相关的材料已然成为材料研究领域的热点,其中,具有来源丰富、低成本的矿物复合材料在能源和催化领域日益受到重视.欲实现矿物复合材料在能量存储和能源催化等领域的应用,仍待取得更多突破并亟待进一步研究与探讨.本文从矿物复合材料的概念和学科分支的形成出发,首先梳理了矿物复合材料的发展历程,初步定义了矿物复合材料的分类,归纳了常见矿物复合材料中矿物组分在能量存储和能源催化应用中的作用;介绍了矿物复合材料在能量存储领域的应用,包括压电自发电、超级电容器、二次电池等;总结了矿物复合材料在能源催化领域的应用,涵盖了以光催化/电催化析氢反应、热释电催化和压电催化为主的应用.最后,对矿物复合材料未来可能面临的科学问题和发展方向作出了展望.