关键词： 本征态聚苯胺   聚甲基丙烯酸甲酯   复合电极材料   比电容   循环稳定性  

摘要： 利用乳液聚合法制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米球,并以其为模板,对苯胺进行化学氧化聚合后包覆于纳米球表面,经脱掺杂制备了本征态聚苯胺包覆聚甲基丙烯酸甲酯(EB/PMMA)纳米球复合电极材料。采用红外光谱和扫描电镜对电极材料的结构和形貌进行了表征,在三电极和二电级体系中测试了复合电极材料的电化学性能。结果表明,在0.5 mol/L H2SO4电解液中,电流密度为3 mA/cm2,PMMA掺杂量为0.075 g,EB/PMMA复合电极材料比电容可达732 F/g,2000次循环保持率为82.5%。将其与活性炭组装成非对称二电极体系,在H2SO4-KI复合电解液中,能量密度可达104 Wh/kg。

关键词： 石墨烯   聚吡咯   超级电容器  

摘要： 超级电容器因其具有较高的循环稳定性和较好的能量密度而成为储能器件中的研究热点,其电极材料及制备方法是决定超级电容器电化学性能的关键因素。本文以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为软模板,通过一步原位聚合法成功地制备了石墨烯/聚吡咯纳米纤维(GR/PPy NF)复合超级电容器电极材料。通过X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对复合材料的结构和形态进行了系统的表征。利用电化学方法对GR/PPy NF复合电极材料的电化学性能进行了系统的分析。结果表明,在电流密度0. 5 A/g下,纳米复合材料的比电容量高达969. 5 F/g,在充放电600圈之后,仍可保留初始比电容的88%,展示了良好的电容性能及循环稳定性。GR/PPy NF制备简单,性能优异,是一种很有前途的能量转换/存储材料。

关键词： 碳纸   MnO2   循环伏安   复合电极材料  

摘要： 将碳纸与氧化还原反应法制备的纳米MnO2通过液相沉积法形成新的复合电极材料,采用循环伏安和交流阻抗测试技术对复合电极材料进行电化学分析,研究结果表明:碳纸/纳米MnO2复合电极材料呈花瓣状开放结构,有利于提高复合电极的比表面积;碳纸基体沉积时间为1h时,复合电极的电化学性能最稳定;但随着扫描速率的增加,复合电极的比电容呈下降趋势,且沉积时间越长,复合电极电容性的稳定也越差。

关键词： 电弧熔炼-甩带法   氧化还原   纳米多孔   Fe-VOx   电化学性能   锂离子电池   钒氧化物  

摘要： 为了利用简单的生产工艺制备性能优异的锂离子电池负极材料,采用电弧熔炼-甩带的工艺制备出铁钒合金条带,再通过氧化还原方法成功制备出纳米多孔铁掺杂钒氧化物(Fe-VOx)复合材料,对材料物相和结构进行了表征,并且对比分析了在不同还原温度下纳米多孔Fe-VOx复合材料的电化学性能。结果表明:在还原温度为500 ℃、5% H2 /Ar混合气氛下,材料电化学性能最优,在电流密度为0.1 A/g下,初始放电比容量为563.4 mA·h/g,在循环100圈后的放电比容量仍能达到441 mA·h/g,循环容量保持率达到78.2%,远大于石墨的理论比容量372 mA·h/g。这说明纳米多孔铁掺杂钒氧化物复合材料能够有效提高锂离子电池的能量密度,并且具有良好的电化学性能。

关键词： 锂离子电池   Nb2O5   导电性   结构调控   碳包覆  

摘要： 近年来,过渡金属氧化物被广泛用做锂离子电池电极材料。其中,NbO由于其安全性高,充放电过程伴随极小的体积膨胀,受到了研究人员的广泛关注。但是,由于NbO自身导电性差和理论容量低等缺点使其应用受到限制。因此,目前对于如何有效提高NbO电极材料的导电性和充放电比容量成为了研究重点。本论文以提升电极材料的储锂性能为目标,采用三种方法(煅烧法、溶剂热法、水热-热处理法)制备了不同微观结构的NbO纯相电极材料和NbO@C复合电极材料。探究了产物的物相、形貌结构以及碳包覆对材料储锂性能的影响,并详细研究分析出其储能机理。(1)以水合草酸铌为铌源,采用煅烧法制备了不同晶型的NbO。研究表明,NbO的晶型和微观形貌很大程度受温度的影响,与800°C的NbO混合相和1000°C的H-NbO相比,600°C煅烧的T-NbO晶粒尺寸较小。当它用作锂离子电池正极材料时,测试它的储锂性能发现:在0.1 A g的电流密度下循环100次后循环比容量为135 mAh g,并且循环稳定性良好;当它用作锂离子电池负极材料时,测试它的储锂性能发现:在0.1A g的电流密度下循环100次后循环比容量为210 mAh g,并且从大电流密度(1 A g)再返回到小电流密度(0.05 A g)的倍率性能测试过程中,T-NbO的电池容量衰减的最缓慢,依旧可以维持242 mAh g的比容量,具有很好的循环可逆性。(2)利用溶剂热法制备出刺球状NbO。通过改变溶剂类型来制备最适合锂离子嵌入和脱出的NbO结构,以此提高锂离子与NbO的电化学反应速率。当体积比为水:醇=1:1时,构成刺球状NbO电极形貌均一,分散性较好,刺球内部较为疏松。这种结构促进了表面吸附反应的进行,从而加速了锂离子的扩散,提高了其放电比容量和电化学反应速率。100圈循环后,在0.1 A g的电流密度下其可逆比容量达到340.0 mAh g。(3)以葡萄糖作为表面活性剂和碳源,通过水热-热处理的方法制备O-NbO@C复合材料。当草酸铌和葡萄糖质量比为1:6时,NbO@C复合材料直径约为5 nm的单体(纳米棒),此时储锂性能最佳。在0.1 A g的电流密度下循环100圈后仍可保持410 mAh g的比容量。进一步研究发现取向生长的NbO@C复合材料的电荷转移电阻较低,Li扩散系数较高,并具有表面控制的赝电容机制。这些优异的性能归因于NbO沿[001]晶向的取向生长、Li在纳米棒构建的花状结构中较短的扩散路径以及碳均匀包覆的纳米胶囊结构这三者的协同效应。

关键词： 水/溶剂热法   氧化钒电极材料   yolk-shell结构   锂离子电池   电化学性能  

摘要： 由于化石能源的日益枯竭以及环境污染问题日益加剧,开发清洁新能源替代化石能源已成为各国的共识。电化学储能系统因能量密度高、功率密度高、循环寿命长及环境友好,已是替代化石能源的主要研究方向,其中,锂离子电池是研究的主流。锂离子电池的性能和成本主要取决于电极材料,实现锂离子电池在储能系统中的应用,需要探索和开发具有优异性能的电极材料。氧化钒作为过渡金属氧化物,具有资源丰富,价格低廉,理论比容量高、能量密度和功率密度高等优势,尤其独特的层状结构,有利于嵌入更多的Li,提高电极的容量,被认为是很有潜力的锂离子电池电极材料之一。但是,氧化钒具有自身的缺陷,如电导率低、Li扩散系数差及充放电过程中电极材料易溶解于电解液等,这些缺陷将阻碍其商业应用。为了改善Li在氧化钒电极材料中的动力学,并防止电极材料在充放电过程中的结构坍塌,本文通过简便的水/溶剂热法,结合烧结制备了多孔yolk-shell结构的VO微球,并且研究了其结构的形成机理。实验研究发现VO微球壳上的多孔结构有利于电解液的渗透,较大的比表面积增加了电极材料和电解液的接触面积,缩短Li的扩散距离,提高了Li扩散动力学;同时,在充放电过程中,yolk-shell结构核和壳之间的空白空间能够缓冲体积的膨胀与收缩,防止微结构坍塌,改善电化学性能的稳定性。制备的多孔yolk-shell结构VO微球作为锂离子电池的正极材料,相比于商业的VO粉体,具有高的放电比容量、良好的倍率性能,在50 mA g的电流密度下循环50次后,放电比容量仍维持在225.7 mA h g。同时,通过一步水/溶剂热法成功制备了分级花状yolk-shell结构无定形的VO微球(a-VO),其壳的表面是由超薄的交联纳米片组装成的分级结构,类似于蜂巢状。将a-VO在N氛围热处理后,转变成分级海胆状空心或球套球结构的结晶VO微球(c-VO),其表面海胆状分级结构是由纳米颗粒构成的,a-VO和c-VO的比表面积分别是137.35和73.97 m g;并且较为系统地研究了氧化钒微球的形成过程和机理,发现在水/溶剂热的反应过程中,首先,有机醇的羟基官能团与氧化钒的化学键(V=O和O-V-O)相互作用形成低表面能的曲面,再经过配位成核生长成纳米球,然后通过团聚生成体系能量稳定的氧化钒微球,最后经过由内向外的Ostwald-ripening过程,形成了分级花状yolk-shell结构的VO微球。将这两种材料分别作为锂离子电池的负极材料,均具有比较好的电化学性能,尤其是a-VO电极在1000 mA g的电流密度下初始放电比容量高达881.5 mA h g,循环250次后仍保持870.1 mA h g,表明a-VO是一种十分有潜力的锂离子电池负极材料。为了改善氧化钒电极材料的导电性,并且防止其在充放电过程中溶解于电解液,又以PANI为碳源,通过水/溶剂热法原位碳包覆氧化钒微球,然后研究了碳化不同时间段对碳包覆氧化钒复合材料的结构、物相及电化学性能的影响。研究表明在空气氛围煅烧30 min得到core-shell结构的VO/C-30,作为锂离子电池的正极材料,具有最优异的电化学性能,VO/C-30在50 mA g的电流密度下循环50次后放电比容量为209.1 mA h g,容量保持率达71.2%;在1000 mA g电流密度下循环1000次后放电比容量仍能保持在123.2 mA h g。

关键词： 超级电容器   Fe3O4   炭纳米片   电极材料   循环稳定性  

摘要： 以蔗糖为碳源、Fe(NO_3)_3·9H_2O为活性前体、氯化钠为模板剂,通过简单有效的原位沉积结晶和热解等步骤制备了二维Fe_3O_4@C纳米片,采用多种技术手段对Fe_3O_4@C纳米片的结构进行了表征,并测试了其电化学性能。结构表征结果表明:Fe_3O_4@C纳米片由厚度为纳米级的石墨化C片和嵌插在C层表面尺寸分布均匀的Fe_3O_4纳米颗粒组成; Fe_3O_4@C纳米片厚度小于100 nm,比表面积达255 m^2/g,平均孔径为3.79 nm,Fe_3O_4质量分数为36.98%。电化学性能测试结果表明:Fe_3O_4@C纳米片具有较高的比电容量和优异的倍率性能,1 A/g电流密度下比电容量为436 F/g,20 A/g电流密度下比电容量仍高达332 F/g;但循环稳定性较差,10 A/g下充放电500次后的比电容量为178 F/g,仅有初始比电容量的50.71%。

关键词： 泡沫碳   镍催化剂   泡沫碳/碳纳米管   电化学性能  

摘要： 在泡沫碳制备过程中,引入六水硝酸镍作为催化剂前驱体,在高温下通过过渡金属催化剂镍的催化作用制备泡沫碳/碳纳米管复合电极材料(CF/CNTs),对其结构和电化学性能进行分析表征。结果表明:CF/CNTs多孔孔壁上生成了大量碳纳米管;碳纳米管对泡沫碳孔的修饰作用提高了材料的比表面积;CF/CNTs在1 A/g电流密度下获得89.2 F/g的比电容,相比于单纯泡沫碳提升了60%。

关键词： 水热法   纳米材料   四氧化三钴   超级电容器  

摘要： 超级电容器是一种新型的能源储存设备,具有高比功率密度、优秀的倍率性能和循环稳定性,是当今新能源储能器件领域研究的焦点之一。电极材料是超级电容器的重要组成部分,决定着电容器的性能表现,而电极材料的性能取决于其微观结构和形貌。二维和三维结构材料有较大的比表面积、更多的氧化还原反应活性位点,能使电极材料的电化学性能有较大提高。CoO凭借其高的理论比电容、良好的氧化还原性能等优点引起人们的广泛关注。然而,大家在研究过程中也发现,CoO材料存在着倍率性能差、电势范围窄等问题,这限制了其在超级电容器中的应用。电极材料的微观结构和形貌可以通过调节反应参数来控制。因此,研究CoO材料的合成工艺和形貌控制规律对CoO电极材料性能的改善有重要的意义。本文利用水热法,控制水热条件合成了二维和三维结构CoO材料,并探讨其生长机理,主要研究内容和结果如下:(1)以硝酸钴为钴源,以葡萄糖为添加剂,尿素为碱源合成块状和海胆状共存的纳米CoO电极材料,通过控制葡萄糖的添加量来探究其对纳米CoO微观形貌的影响,并探讨纳米CoO电极材料的生长机理。(2)分别以硝酸钴、氯化钴、乙酸钴作为钴源研究不同钴源对水热合成的纳米CoO电极材料微观形貌的影响;控制前驱体的生长时间分别为12h和18h,进一步研究葡萄糖在水热过程中的作用。(3)利用水热法制备泡沫镍负载纳米CoO的CoO/NF电极材料,通过控制反应溶液的浓度和水热时间分别得到了花状、片状和针状纳米结构CoO,针状结构CoO/NF电极材料具有较大的比表面积,较小的尺寸,在电化学测试表现出了高的面电容(2 mA cm时比电容为3.95 F cm)、好的倍率性能(电流密度从2 mA cm增加到16 mA cm时,比电容保留了80.3%)。