生物质炭复合rGO电极的制备及其脱盐性能

以废弃玉米芯为原材料,采用水热法制备了一种电容去离子(CDI)电极材料——生物质炭复合还原氧化石墨烯(rGO)。通过单因素法优化了生物质炭的制备条件;采用循环伏安测试、交流阻抗测试、扫描电子显微镜等探究了生物质炭复合rGO与电化学性能的构效关系;考察了生物质炭复合rCO的CDI脱盐影响规律及再生性能。结果表明:当选用ZnCl_(2)为活化剂时,生物质炭复合rGO的比电容最高,为176.58F/g;且比电容与其介孔孔容量、官能团C-C/C=C的含量成正比;在NaCl浓度为250mg/L,电压为1.4V时,生物质炭复合rGO电吸附容量最大,为11.35mg·g^(-1),是生物质炭的2.19倍,且再生性能良好,15次吸附脱附循环后NaCl去除率仍可稳定在初次的99%。因此生物质炭复合rGO是一种绿色高效的CDI电极材料,为提高碳基材料的脱盐性能提供了技术支持,还可以实现生物质废料的绿色回收。

MnO_(2)/碳气凝胶复合电极材料的制备及其电化学性能

采用溶胶-凝胶法,利用可溶性淀粉制备碳气凝胶基体,并通过水热反应将MnO_(2)纳米结构在碳气凝胶(CA)表面原位生长,制得了MnO_(2)/CA复合电极材料,并对该复合材料进行了结构和形貌表征以及电化学性能测试.结果显示,MnO_(2)/CA复合材料相比于纯相的MnO_(2)有着更好的电化学性能.样品M15CA(原料中KMnO 4与CA以15∶1的质量比复合得到的样品)在1 A/g的电流密度下比电容可达202 F/g,电流密度从1 A/g增加至10 A/g时比电容保持率为77.4%,在10 A/g下经过10000次循环后比电容保持率为88.6%.复合材料性能的提升主要归因于CA高的导电性,其与MnO_(2)复合后电极的转移电阻显著降低.另外,CA的三维多孔网络结构有效防止了MnO_(2)的团聚,使得电极材料与电解液更加充分接触、反应活性位点增多.

金属网格-透明导电氧化物复合型透明电极的瑞利分析和仿真

以氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)为代表的透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)在当前光电器件中的重要性日益增长.通过在TCO中引入金属网格构成复合电极,可以在保持良好透明性的前提下有效提升电学性能,同时降低对铟的需求量,并为可穿戴设备所需的柔性电极提供可能方案.对此类电极的电学性能分析,如复合电极方阻随金属网格结构参数的变化,可为电极设计与制备提供基本的出发点,但相关理论尚十分缺乏.本文针对典型的方孔方格型金属网格-TCO复合电极,分别展开基于瑞利模型和基于有限元仿真的电学性能分析.结果表明,孔型近似导致的金属通道显著畸变是复合电极的电学计算中瑞利模型在中高开口率下失效的主要原因.据此,我们采用格型修正,通过提升瑞利模型中的原胞外边界对称性来改善金属通道的畸变.与电极仿真的对比表明,修正后瑞利模型的适用范围明显扩大,其结果可与实验数据很好地拟合,为此类复合透明电极的电学数据分析与结构设计提供了简洁高效的理论工具.

一步法制备钛酸锂复合电极及其性能研究

可充电锂离子电池(LIB)已广泛应用于便携式电子产品,电动汽车等领域。优化电池负极是提高电池性能、降低电池成本的重要研究方向之一。采用溶胶-凝胶法制备尖晶石结构的Li_(4)Ti_(5)O_(12)(LTO)负极材料。采用溴化锂(LiBr)和LTO通过溶液混合法制备Br改性的LTO复合电极,改性LTO复合电极在电极制备过程中一步完成。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观测改性LTO复合电极的微观形貌和晶体结构。采用电池充放电测试仪和电化学工作站对改性LTO复合电极进行电化学测试。实验结果表明,改性LTO复合电极样品在0.1 C充放电时可达到208.7 mAh·g^(-1)的比容量,比原始LTO电极样品提高了30.9%。

以稻壳热解炭制备镧负载多孔炭复合电极材料

利用稻壳热解炭为原料制备镧负载多孔炭复合电极材料(La/PCs),先将稻壳热解炭分离出炭前驱体,再采用原位活化/负载的方法制备一系列镧负载多孔炭复合电极材料,分别考察了煅烧温度和浸渍比对其吸附性能和电化学性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜/X射线能谱仪(SEM-EDS)和Brunauer-Emmett-Teller比表面积(BET)法研究了该系列镧负载多孔炭复合电极材料的金属结构与价态、元素组成及表面形貌,并分析了孔结构与电容值之间可能存在的关系.结果表明,在6 mol/L KOH电解液中,La/PC_900/10材料的电容值为269.45 F/g.在电流密度为0.5 A/g时,由其组装的对称超级电容器具有23.45 W·h/kg的能量密度,此时的功率密度为0.70 kW/kg,并且循环5000次后的电容保持率为86.41%.La/PC_900/10良好的电容性能显示了其作为碳基电极应用于高性能超级电容器的潜力.研究结果为稻壳热解炭的利用和镧在新能源材料领域的应用提供了一条可行路径.

MnFePBA/rGO/CC复合电极的制备及电化学电容性能

采用共沉淀法在氧化石墨烯(GO)表面原位生长锰铁普鲁士蓝类似物(MnFePBA)纳米颗粒,获得不同MnFePBA和GO质量比(1:0.1,1:0.3,1:0.5)的复合粉体;采用超声喷涂法将MnFePBA/GO复合粉体涂敷在预热的碳布(CC)基底上,并借助化学还原将GO转化成还原氧化石墨烯(rGO),制备出MnFePBA/rGO/CC复合电极,研究了复合电极的微观结构和电化学电容性能。结果表明:当MnFePBA与GO的质量比为1:0.1时,MnFePBA颗粒发生团聚;当二者的质量比为1:0.5时,GO纳米片出现明显堆叠;当二者的质量比为1:0.3时,GO与MnFePBA均匀复合,所制备的MnFePBA/GO/CC复合电极具有最高的比电容、最小的内阻及最快的离子扩散速率,电化学性能最优。当MnFePBA和GO质量比为1:0.3时,化学还原法制备的MnFePBA/rGO/CC复合电极在1 A·g^(-1)电流密度下的比电容由化学还原前的888 F·g^(-1)增加到1032 F·g^(-1);当电流密度从1 A·g^(-1)增大到10 A·g^(-1)时,比电容保持率由化学还原前的44.93%提升至54.55%,且在7 A·g^(-1)电流密度下经过3000圈循环后的比电容保持率仍为94.78%。

多步法原位制备TiB2颗粒增强点焊电极用铜基复合材料及其应用

为提高点焊电极的使用寿命,采用多步法制备TiB2增强的铜基复合材料。采用X射线衍射(XRD)、金相显微技术、扫描电镜(SEM)等表征手段对多步法制备的TiB2增强的铜基复合材料物相、微观形貌进行分析。通过对复合材料力学性能指标测量发现,多步法制备所制备的铜基复合材料具有较好的综合力学性能,将多步法制备的铜基复合材料加工成点焊电极,其寿命测试结果相较于其它对比样最高,寿命达到1500个焊点,是普通铬锆铜点焊电极寿命的2.6倍。

无机酸掺杂聚苯胺/碳纤维复合海洋电场传感器电极

碳纤维电极具有成本低、化学稳定性好、性能可调控等优点,可用于开发高性能海洋电场传感器.利用电化学原位聚合法制备盐酸、硫酸、磷酸掺杂的聚苯胺/碳纤维(PANI/CF)复合电场电极,提高其电化学性能与电场响应性能.结果表明:碳纤维表面生成致密的导电聚苯胺膜,并在循环伏安测试中出现特征氧化还原峰;电化学阻抗分析显示PANI/CF复合电极低频(0.01 Hz)阻抗值至少降低为空白电极的1/118,利于对水下微弱电场信号进行响应.在电场响应性能测试中,盐酸掺杂PANI/CF复合电极电位漂移量最低达1.77 mV/d;能够较好地响应1 mV/10 mHz的低频率低强度电场信号;误差线性度最小值为0.111%,在同类电极中具有最好响应灵敏度.该新型复合电场电极制备方法简单、成本低廉,有助开发新一代低成本、高性能海洋电场传感器.

原位构建CoS/Ni_(3)S_(2)复合电极及储能研究

本文将循环伏安电沉积和计时电流法相结合,以泡沫镍作为电极基底,原位制备了CoS/Ni_(3)S_(2)复合电极。底层沉积的CoS纳米片既作为活性电极组分,也为顶层Ni_(3)S_(2)的沉积提供支撑和更大的沉积空间,进而形成了丰富的电化学活性位。在CoS和Ni_(3)S_(2)组分的协同作用下,CoS/Ni_(3)S_(2)复合电极展现了显著增强的赝电容特性,在2mA·cm^(-2)的放电电流密度下,比容量为1.13F·cm^(-2),库伦效率为99.61%,5000次充放电循环后,比容量为初始值的81.48%。

PBPB-GO复合膜修饰电极的研制及其在快速检测亚硝酸盐中的应用

通过改进的hummers法合成氧化石墨烯,将氧化石墨烯(GO)分散液滴涂至玻碳电极表面,然后利用电聚合法将聚溴酚蓝(PBPB)修饰到电极上,成功制备出PBPB-GO复合膜修饰的NO^(-)_(2)检测电极。利用扫描电镜对电极材料的形貌进行表征,并对NO^(-)_(2)在复合材料上的电化学氧化机理进行了探讨。采用计时电流法对NO^(-)_(2)进行定量检测。结果表明,制备的复合膜修饰电极响应电流与NO^(-)_(2)浓度在1.0×10^(-6)~1.0×10^(-)_(2)mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为6.41×10^(-7)mol/L(S/N=3),电极稳定性高、重现性好、抗干扰能力强。依据国标法提取榨菜中的亚硝酸盐,用该复合电极对其进行加标回收实验,加标回收率为104.90%~112.80%,与分光光度法相比,该法的相对误差为3.49%~9.43%。

造纸产业废水应用复合活性炭三维粒子电极绿色处理研究

深入探讨了复合活性炭三维粒子电极在造纸废水处理中的应用,通过系统实验研究了其处理效果、影响因素、优化措施及实际应用前景。结果显示,该技术在去除造纸废水中的COD、色度和重金属等污染物方面表现出显著效果。通过选择复合多孔活性炭作为粒子电极基底材料,负载多金属化合物催化剂和二氧化硅(SiO_(2))稳定剂,并通过高温烧结处理制备出高效的粒子电极。研究表明,复合活性炭三维粒子电极技术在绿色环保和高效节能方面具有一定优势,为造纸产业废水处理提供了一种新颖而有效的方法。

电火花加工金刚石-镍复合电极制备参数优化研究

研究了化学复合镀镀液的制备参数对复合电极制备的影响,阐述了金刚石微粉预处理步骤。分析了金刚石微粉的等效粒径对复合电极镀层的影响,得出最佳镀层金刚石等效粒径为10μm。进行了镀液温度变化下的复合电极制备速度关系试验,得出最佳制备温度为74~76℃。对制备的电极进行加工试验,结果表明:参数优化复合电极的电极角损耗比普通紫铜电极降低了74.74%;参数优化复合电极的电极角损耗比参数未优化复合电极降低了57.29%。

电沉积法制备Cu(OH)_(2)/Ni-Co-S复合电极及储能特性研究

本文采用两步电沉积技术,以泡沫铜为基底,原位制备了Cu(OH)_(2)/镍钴双金属硫化物(Ni-Co-S)复合电极材料。先采用恒电流沉积技术将泡沫铜表面氧化,得到Cu(OH)_(2),泡沫铜同时作为电极基底和铜的唯一来源,再通过恒电位沉积,将Ni-Co-S均匀覆盖在Cu(OH)_(2)表面。Cu(OH)_(2)一方面作为活性电极组分参与氧化还原反应,同时作为底层材料,为顶层Ni-Co-S的沉积提供较大的沉积空间,进而形成了更丰富的电化学活性位。基于这种原位电沉积技术以及Cu(OH)_(2)与Ni-Co-S组分的协同作用,Cu(OH)_(2)/Ni-Co-S复合电极表现出增强的赝电容特性,在2mA·cm^(-2)的放电电流密度下,比容量为4.88 F·cm^(-2),库伦效率为88.12%,5000次充放电循环后,比容量保持在初始值的86.38%。

球状废轮胎热解炭/二氧化锰纳米片复合电极材料制备及超电容性能研究

高锰酸钾(KMnO_(4))和废轮胎热解炭(AC)在室温下水溶液中发生共沉淀氧化还原反应,制备了球状废轮胎热解炭/二氧化锰纳米片复合电极材料(AC-MnO_(2)),通过改变AC与KMnO_(4)的反应时间控制纳米复合材料的形态以及二氧化锰(MnO_(2))在AC上的负载量。研究结果表明:在1 moL/L Na 2SO_(4)电解液中,反应时间为1 h制备的样品(AC-MnO_(2)-1)比电容为177.4 F/g(1 A/g)。即使在10 A/g的高电流密度下,经过10000次循环后,AC-MnO_(2)-1的电容保持率也达到99.72%。以此纳米复合材料作为正负电极材料组装了对称超级电容器(SSC),1 A/g时的比电容高达80.3 F/g,能量密度为18.0 Wh/kg,功率密度为899.6 W/kg。

PEDOT∶PSS/MXene复合电极基界面电容式应力传感器

针对复杂的制备方法,以及传统电容式压力传感器容量和灵敏度较低导致难以抵御温度、湿度、弯曲等因素带来的干扰,采用层状MXene和聚(3,4-乙二氧基噻吩)∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)制备具有褶皱结构的复合电极。通过与1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMIM-TFSA)离子液体介电层的结合,构建了电容式应力传感器。导电材料PEDOT∶PSS与MXene质量比为1∶1时,分别在0~50 kPa和50~200 kPa压力效应区间内实现了高达603和91.66 kPa^(-1)的线性灵敏度,具有快速的响应时间(仅需33 ms)以及优异的循环稳定性(至少4000次)。此外,该传感器在人体脉搏监测方面展现出实时、准确的特点,为可穿戴设备领域提供了新的发展思路。

不同Pt与Ni质量比的Pt-Ni复合电极析氢性能实验

为降低PEM制氢Pt电极成本,采用电化学沉积法制备以泡沫镍为基材微量Pt沉积的Pt-Ni复合电极。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光谱仪对制备的Pt-Ni复合电极进行表征,采用电化学工作站和PEM电解池对Pt与Ni质量比分别为1∶7、1∶11、1∶12、1∶14和1∶23的5种不同复合电极及泡沫镍电极的析氢性能进行电化学对比分析实验和PEM制氢对比实验。结果表明:以泡沫镍为基材,采用电化学沉积法制备的Pt-Ni复合电极性能稳定,沉积Pt质量的多少对Pt-Ni复合电极的析氢性能有较大影响;存在一个最佳Pt与Ni质量比,实验条件下的最佳Pt与Ni质量比为1∶12,沉积Pt量过多和过少都会使其析氢性能降低,过多造成的Pt沉积堆叠相比较少对析氢性能的影响更加明显。在制备微量Pt沉积的Pt-Ni复合电极时,要坚持以最佳Pt与Ni质量比为基准和沉积Pt量“宁少毋多”的原则,实际工程应用中应避免“沉积Pt量越多电极性能越好”的误区。

超级电容器用MO/C型复合电极材料的制备及性能研究

采用包覆的方法制备出MO/C型复合电极材料,通过X射线衍射(XRD)对复合材料的结构组成进行表征分析,另外通过循环伏安法、计时电位法和交流阻抗技术对复合电极材料在6 M KOH溶液中的电化学电容性能进行考查。结果表明:包覆了过渡金属锰氧化物的复合电极材料在0.5 A/g的电流密度下比电容最高可达218.3 F/g。此外,MO/C型复合电极材料表现出较好的功率性能,当电流密度增加到5 A/g,其比电容值达到168.0 F/g,其电容保持率为77.0%,表明这是一种很有前景的电极材料。

复合材料结构超级电容器碳纤维电极的制备与改性方法

高性能的碳纤维电极可以应用于更多的电化学装置,拓宽超级电容器的应用范围。通过优化制备和改性工艺,可以降低碳纤维电极的生产成本,从而降低超级电容器的整体成本,使其更具市场竞争力。通过分析复合材料结构超级电容器工作原理,基于氧化处理、电极涂覆和化学气相沉积等手段,探讨了复合材料结构超级电容器碳纤维电极的制备工艺,并提出相应的改进方法。通过分析碳纳米管(CNTs)、石墨烯和金属纳米颗粒等改性材料对碳纤维电极性能的影响,并通过测试对比,证实了复合改性材料对于提升碳纤维电极性能具有显著效果。通过测试分析,以期为未来超级电容器和其他电化学装置的开发提供一定参考。

超级电容器电极用Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的研究进展

碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))作为一种MXene材料,具有独特的结构和优良的导电性、稳定性以及优越的电化学性能,常被用作超级电容器电极材料。本文结合碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))材料层状结构的特性,梳理了超级电容器电极用Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的研究进展,重点阐述了Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的结构、性能、制备以及通过不同技术手段与多类材料复合后的电化学性能;归纳了Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料性能提升的原因,包括增大层间距、提供更多活性位点、提高坚韧性等;最后指出Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的未来研究重点,如探究新的基体母相、丰富刻蚀方法、改进现有复合材料、探究更多更高效的复合材料等。

CBC@rGO复合电极材料的制备及其电化学性能

为了研发高效降解水中苯酚的电化学技术,将玉米芯生物质炭(CBC)负载于导电性能好的还原氧化石墨烯(rGO)上,制备得到高性能复合电极材料CBC@rGO。通过循环伏安测试CBC@rGO的电化学性能,通过扫描电子显微镜仪器、BET比表面积及孔径分析仪和X射线光电子能谱分析仪等表征物化性能,探讨CBC@rGO高效降解水中苯酚的影响规律;基于电化学降解实验,获得CBC@rGO对水中苯酚的最佳去除效果。结果表明:CBC@rGO的最大比电容为125.82 F/g(扫描速率为10 mV/s),与其比表面积、总孔容量及F-C-F键强度成正比;0~10 min内,CBC@rGO对苯酚的降解速率(k=0.025 81 L·mol^(-1)·s^(-1))明显高于CBC和rGO。由此,CBC@rGO作为一种绿色高效的电极材料,可明显提高其导电能力并解决石墨烯纳米材料的团聚问题,为水中苯酚的高效去除提供了新的技术和方法。