关键词： 分子动力学模拟   超级电容器   恒电势模拟方法   石墨烯  

摘要： 为有效开发和利用新能源,人们迫切需要高性能的超级电容器提供能量的存储和转换.在超级电容器中双电层结构扮演着关键性的角色.本文利用分子动力学方法通过建立开放的石墨烯纳米孔道(1~2 nm),研究了KCl溶液在纳米孔道内的双电层结构,同时也比较了恒电量模拟(Q)和恒电势模拟法(U)下双电层结构的异同.结果表明在恒电势模拟法考虑了导电石墨烯壁的镜像作用使结果更符合实验中的材料系统.而石墨烯壁的镜像作用能额外吸附离子从而增强孔道内部的阴阳离子,这可能有助于电极电容的提升.通过对不同孔道高度的研究,本文发现水分子作为介电材料在水基超级电容器中发挥着决定性的作用.它能在很大程度上抵消不同离子和不同孔道高度下双电层的变化,从而在不同情况下获得了相似的电容.

关键词： 激光诱导技术   多孔石墨烯   氧官能团   超级电容器  

摘要： 目的改善传统的激光诱导石墨烯薄膜电极本身储电能力差、应用范围有限的问题。方法利用CO_(2)激光扫描自制的高含氧酚醛树脂薄膜制备了一种富氧的多孔石墨烯薄膜电极,并对其进行电化学活化处理,用以增强内部含氧基团的活性和含量,对石墨烯薄膜的形貌、组成以及电化学性能进行了表征。结果在激光的高温高压下,酚醛树脂分解释放的大量气体会使石墨烯薄膜内部形成丰富的纳米孔隙结构,氮气吸附解吸曲线的结果显示其比表面积达到了324m^(2)/g。此外,在酸性电解质下采用电化学激活的方式,能够使石墨烯薄膜内部碳原子上的含氧基团发生转化反应,并且它们与碳原子的键合也为电极提供了更稳定的结构。在电化学性能测试中,石墨烯薄膜上的氧官能团发生高效的可逆氧化还原反应,在0.5 mA/cm^(2)的电流密度下具有高达342.8 mF/cm^(2)的面积比容量,组装成超级电容器后也保持了优异的储能特性和循环稳定性,在0.0589mW/cm^(2)的功率密度下具有5.93μWh/cm^(2)的能量密度。结论利用该方法制备的富氧多孔石墨烯电极材料兼具高稳定性和高比电容的优势,有望在实际应用中为后续赝电容材料的可靠负载和异原子的高含量稳定掺杂提供一种更可靠的石墨烯骨架,为构筑新型高性能储能器件提供了设计思路。

关键词： 氧化还原石墨烯/钴镍硫复合材料   超级电容器   电化学性能   硫缺陷   热溶剂法  

摘要： 为了探索过渡金属硫化物中的缺陷对其电化学性能的影响，作者采用氧化石墨烯和钴镍硫化物作原材料通过溶剂热法合成了含有硫缺陷的还原氧化石墨烯/钴镍硫化物(rGO10-CoNi2S4-x)复合电极材料。合成的复合电极材料既包含有纳米片又同时包含有纳米棒。恒电流充放电测试表明，当电流密度为1 A g-1时，电极材料获得的比电容为3050.1F g-1; 当电流密度从1 A g-1增加至10 A g-1时，电容保持率为86.1%. 与不含硫缺陷的rGO-CoNi2S4复合物相比，含有硫缺陷的rGO10-CoNi2S4-x具有高的比电容和良好的倍率性能。优化的含有硫缺陷的rGO10-CoNi2S4-x电极材料展示出了良好的循环性能和倍率性能。

关键词： 多孔碳   聚苯胺   二氧化锰   三元复合材料   正交试验   电化学性能   超级电容器  

摘要： 利用化学法在商用多孔碳(AC)材料基底表面一步合成包覆了聚苯胺(PANI)/MnO2复合材料，分别针对pH、温度、搅拌速度、反应时间及苯胺与高锰酸钾的摩尔比这5个因素开展了四水平的正交试验，利用极差分析方法对正交试验结果进行分析，得到具有高比容量的多孔碳/PANI/MnO2(CMP)三元复合材料的优水平制备条件；利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和电化学工作站等手段对优水平条件下制备的三元复合材料的物理形貌、组成结构和电化学性能进行了分析。结果表明：混合生成的PANI和MnO2以絮状产物包覆在AC基底表面，制备的三元复合材料在6mol/L KOH溶液中表现出明显的赝电容特性，其比容量可达336F/g(0.2A/g充放电电流密度，基于CMP质量)，0.5 A/g电流密度下充放电测试10000圈后比容量保持率可以达到90.65%，表现出良好的电化学循环性能。

关键词： 生物质   热解   碳材料   电化学   超级电容器  

摘要： 超级电容器作为一种清洁型电化学储能器件在实现可再生能源存储转化领域具有巨大潜力，而碳材料因具有微观孔隙结构可调节、化学稳定性优异的优点在电化学储能领域得到了广泛应用。与此同时，生物质作为制备碳基材料的可再生前体，具有储量丰富、易获取、环保且成本低的优点。然而，由于生物质碳前体的化学组成复杂，导致不同生物质衍生碳材料在微观结构和表面性质方面存在较大差异，生物质衍生碳材料在超级电容器中的实际应用具有一定挑战。对超级电容器用生物质基碳材料的研究现状进行了综述，总结了生物质的组成和生物质基碳材料的制备工艺对生物质基碳材料微观结构的影响，并对具有不同维度结构的生物质基碳材料在超级电容器中的应用进行了介绍。最后，对生物质基碳材料在超级电容器中的应用进行了展望，以期为生物质基碳材料的结构和表面功能调控以及开发低成本且性能优异的超级电容器的电极材料提供参考。

关键词： 超级电容器   电解液离子调控   储能机制   能量密度   超级电容器二极管  

摘要： 与二次电池相比,超级电容器具有充/放电速度快、功率密度高和循环寿命长的特点,但实际应用受限于较低的能量密度.电解液作为超级电容器的重要组成部分,对其进行设计开发有助于推动超级电容器以性能和功能为导向的应用.本文从电解液离子调控的角度出发,讨论了超级电容器的储能机制阐释、电化学性能提升和新颖功能开发.首先讨论了电解液离子对双电层电容材料和赝电容材料电化学行为的影响.接着从工作电压和比容量角度讨论了提升超级电容器能量密度的策略,包括拓宽电解液的电化学稳定窗口、充分利用有效电压范围、合理匹配离子尺寸与材料结构、引入额外法拉第贡献,以及促进溶剂化离子的体相传输和界面去溶剂化动力学等.然后,介绍了功能型超级电容器,重点讨论了超级电容器二极管的研究进展.最后,提出了我们对该领域当前挑战和未来方向的看法.

关键词： NiCo_(2)S_(4)   倍率性能   循环稳定性   超级电容器   涂层碳  

摘要： 为了使硫化镍钴(NiCo_(2)S_(4))作为超级电容器电极材料获得更高的倍率性能和循环稳定性,添加葡萄糖,通过水热法在核心NiCo_(2)S_(4)上涂覆导电碳层,制备NiCo_(2)S_(4)@C。碳层可以防止NiCo_(2)S_(4)聚集,形成更多的微孔,从而形成相对较大的比表面积。所制备的NiCo_(2)S_(4)@C显示出较好的倍率性能,在1 Ag^(-1)时的比电容为1587.8 Fg^(-1),最高可达1162.5 Fg^(-1)(10 Ag^(-1))。此外,其容量保持率在2000次循环后高达96.2%。

关键词： 超级电容器   多孔碳   超高比表面积   氮掺杂  

摘要： 以蔗糖为碳源、尿素为氮源、草酸钾为活化剂,通过简单的研磨和高温碳化制备了具有超高比表面积(大于3000 m^(2)·g^(-1))的氮掺杂多孔碳材料。采用多种手段对多孔碳材料的微观形貌、比表面积、孔结构和表面氮物种进行了表征,探究了不同温度下草酸钾和尿素对碳材料的比表面积、氮含量和超级电容性能的影响。结果表明,仅使用草酸钾作为活化剂制备的碳材料KC-800的比表面积为1114 m^(2)·g^(-1),而同时使用草酸钾和尿素制备的样品KNC-800的比表面积高达3033 m^(2)·g^(-1)。在以6.0mol·L^(-1)KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^(-1)时,KNC-800的比电容为405 F·g^(-1),而KC-800的比电容仅为248 F·g^(-1)。这表明草酸钾和尿素的加入显著提高了多孔碳材料的比表面积和超级电容性能。电容贡献分析表明,KNC-800的双电层电容值和赝电容值均高于KC-800。KNC-800在电流密度为0.5 A·g^(-1)时经过10000次循环后仍能保持98.3%的初始比电容,表现出优异的循环性能。

关键词： 竹粉   活性炭   KOH共热活化法   水热活化法   超级电容器   电化学性能  

摘要： 我国竹材资源丰富,以竹废料为原料,制备可用于超级电容器电极材料的竹活性炭,有助于推动竹产业发展,助力国家“双碳”目标实现。在本研究中,分别采用KOH共热和水热处理对竹粉进行活化,并对制备的竹活性炭进行电化学性能、比表面积、表面微观形貌等测试。实验结果表明,KOH共热活化法的最佳条件为炭化温度350℃,活化温度900℃,升温速率2℃/min,碱炭质量比4∶1;制备的活性炭比表面积为3 299 m2/g, 0.5 A/g电流密度下的比电容为287.8 F/g, 5 000次充放电测试后,电容保持率为95%~105%。水热活化法的最佳条件为KOH质量分数20%,反应温度150℃,反应时间12 h,制备的活性炭比表面积为192.91 m2/g, 0.5 A/g电流密度下的比电容为170.4 F/g,电容保持率为88.89%。2种方法制备的活性炭孔径结构都是以微孔为主,中孔混合分布,含有少量大孔;2种活性炭均含有双层或多层石墨烯结构,但水热活化法制备的活性炭石墨化程度更高,制备条件更温和。研究结果既可为超级电容器用活性炭的研究提供了理论思路,也有效地扩展了竹材的应用领域。

关键词： 聚离子液体   超级电容器   电极材料   多孔碳材料   高面积比电容  

摘要： 针对粉末状多孔材料制备成电极时因添加剂的加入而削弱其面积比电容的问题,利用聚离子液体(poly(ionic liquid)s,PILs)的分子可设计性,制备了含有N和P元素的PILs膜。后续在PILs膜中,以生长Co-MOF的方式引入Co元素,然后进行碳化处理可得到一体化、含有CoP和Co_(3)O_(4)的多孔碳膜。得益于该碳膜的一体化结构避免了导电剂和黏合剂的加入,大大显著提升了单位面积的活性物质负载量。此外,CoP和Co_(3)O_(4)的加入提高了原有碳膜的面积比电容,使得该碳膜电极在电流密度为5 mA/cm 2的条件下,其面积比电容达29.3 F/cm 2,体现出电化学的优异性能。由此可知,PILs衍生的碳膜电极在电化学领域具有广阔的应用前景。