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2011年  第26卷  第3期

康飞宇
2011, 26(3).
摘要(2268) PDF(4225)
摘要:
碳质材料对磷酸铁锂正极材料物理和电化学性能的影响
康飞宇, 马 俊, 李宝华
2011, 26(3): 161-170. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60073-5
摘要(2922) PDF(1655)
摘要:
通过综述碳质材料对磷酸铁锂(LiFePO4)电极材料物理和电化学性能的影响,评述了碳质材料在不同LiFePO4/C复合电极材料中的作用及其优缺点。指出:炭膜的原位包覆和模板炭的引入,限制了LiFePO4晶粒的生长,进而提高了电极材料的电导率;而导电炭和石墨烯的引入,则是直接提高了电极材料的电导率;有机结合这两种碳质材料的复合方式将会极大改善电极材料的电化学性能。但是,为了提高电极材料的体积能量密度及其振实密度,应该最大限度地降低碳质材料在LiFePO4/C复合电极材料中的含量。
层次孔炭材料的设计制备及其在储能领域的应用
符若文, 李争晖, 梁业如, 李 峰, 徐 飞, 吴丁财
2011, 26(3): 171-179. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60074-7
摘要(1697) PDF(1712)
摘要:
层次孔炭材料呈合理的微孔-中孔/大孔结构及孔径分布,具有高的电化学活性表面、极短的扩散距离和较高的传质速率,在用作储能器件电极材料时,表现出优异的功率特性。通过综述近来年层次孔炭材料的设计制备及其在储能领域的应用进展,重点介绍了本课题组自2008年以来的研究成果,进而展望了层次孔炭材料的发展方向。指出:层次孔炭材料主要通过模板法或模板-活化联合法制备。这两种方法可以实现炭材料纳米结构的精确调控。最近,开发出来的更简易的免模板法展现出较好的应用前景。
不同形貌纳米炭/聚苯胺复合材料对超级电容器电化学性能的影响
周光敏, 王大伟, 李 峰, 张莉莉, 翁 哲, 成会明
2011, 26(3): 180-186. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60075-9
摘要(2106) PDF(1371)
摘要:
通过原位化学聚合制备了不同形貌的纳米炭材料(炭黑,碳纳米管及石墨烯纳米片)/聚苯胺复合电极材料。分析表明:石墨烯/聚苯胺复合材料相比于炭黑/聚苯胺、碳纳米管/聚苯胺复合物及纯聚苯胺,具有产率和比容量高,内阻低及明显提高的循环稳定性和倍率性能。石墨烯/聚苯胺复合材料更好的电化学性能归因于:(a) 二维平面结构石墨烯有利于大量聚苯胺在其表面均匀沉积及更多的活性位使聚苯胺和电解液离子接触,从而有利于聚苯胺得失电子促使氧化还原反应的顺利进行;(b) 石墨烯间的面接触有利于构建电子的快速传输网络使电极材料具有更低的电阻;(c) 石墨烯及聚苯胺层层堆叠结构具有柔性包覆限制作用,可有效防止聚苯胺在充放电过程中因膨胀和收缩而从石墨烯表面脱离。
模板法煤沥青基中孔炭的制备及其电化学性能
周 颖, 宋晓娜, 舒 成, 邱介山
2011, 26(3): 187-191.
摘要(2006) PDF(1424)
摘要:
以煤沥青质为碳源,气相法二氧化硅为模板,制备中孔炭(Mesoporous carbon,MC), 通过CO2活化调变其表面结构。用TEM、N2吸附、电化学工作站及Land电池测试系统等对产品炭的微观结构及电化学性能进行研究。结果表明:在活化温度900℃、CO2气流量100mL/min条件下,随着活化时间的增加,炭产品的BET比表面积、微孔孔容均呈增加趋势。在活化时间为150min时,产品炭的BET比表面积可达1360m2/g,比活化前的比表面积提高了约88%。产品炭作为超级电容器电极材料表现出良好的电化学性能,活化时间为120min的样品,在1000mA/g的电流密度下,材料的质量比电容为135F/g,10000次充放电循环后,比电容值保持率高达93%。
中间相沥青基活性炭的微观结构对电化学性能的影响
李宝华, 王 冠, 翟登云, 杜鸿达, 康飞宇
2011, 26(3): 192-196.
摘要(2395) PDF(1424)
摘要:
以中间相沥青(Mesophase pitch,MP)为前驱体、KOH作为活化剂,分别采用直接活化法、预炭化活化法制备出活性炭(Activated carbons, ACs)。采用N2吸附法对所制ACs的比表面积、孔径分布进行分析。将所制ACs应用于电化学电容器电极材料,进行恒流充放电、循环伏安电化学分析。结果表明:电极的电化学性能不仅受活性炭比表面积、孔结构的影响,也与活性炭的微观形貌有关。其中预炭化活化法ACs颗粒具有片层结构,更有利于炭电极与电解液的浸润,提高微孔比表面积对比电容的贡献。
分等级孔道含氮多孔炭作超级电容器电极材料的研究
郝广平, 米 娟, 李 多, 曲文慧, 吴挺俊, 李文翠, 陆安慧
2011, 26(3): 192-196. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60076-0
摘要(3499) PDF(2043)
摘要:
以间苯二酚和甲醛为前驱体,分别采用赖氨酸或氨水共聚体系制备了两种具有分等级孔道结构的块体含氮多孔炭。采用氮气吸附/脱附,透射电子显微镜,扫描电子显微镜及元素分析技术分别对其物理和化学性质进行了表征。在三电极体系和两电极体系下,研究了其作为超级电容器电极材料的电化学行为。结果表明:这两种氮掺杂块体多孔炭具有相似的孔道结构,但电容行为明显不同。其中赖氨酸体系制备的多孔炭氮含量比较高,表现出良好的电化学行为,其质量比电容可达199F · g-1,经过1000充放电循环比电容仅有1.6%的损失。
硝酸氧化对沥青烯基有序介孔炭电化学性能的影响
王六平, 周 颖, 邱介山
2011, 26(3): 204-210.
摘要(1827) PDF(1210)
摘要:
采用硝酸对沥青烯基有序介孔炭(Ordered mesoporous carbon, OMC)进行氧化处理,在硝酸浓度为5mol/L、40℃~100℃下,考察了氧化温度对沥青烯基OMC的孔结构和电化学性能的影响,讨论了不同表面化学氛围的OMC孔道内电解液离子的传输过程。OMC的结构表征和性能测试采用XRD、物理吸附仪和电化学工作站等技术。结果表明:适度的硝酸氧化处理可以有效地改善OMC的电化学性能,低温氧化处理在化学改性OMC表面的同时,仍能保持其规则的孔道结构,比表面积和孔容基本不变;60℃氧化处理时,OMC表现出良好的双电层电化学行为和频率响应特性,电容器可以保持较快的充放电速率,时间常数约为6s;在5mV · s-1的扫描速率下其质量比电容值和能量密度分别为138F · g-1和3.9Wh · kg-1,较改性前分别提高了57%和63%。
硼掺杂中孔炭的制备及其电化学性能
翟晓玲, 宋 燕, 智林杰, 史景利, 郭全贵
2011, 26(3): 211-216.
摘要(2153) PDF(1365)
摘要:
以含硼酚醛树脂为碳前驱体,通过溶剂挥发诱导自组装制备了含硼中孔炭。利用低温氮气吸脱附、小角X射线散射、透射电镜等分析手段对中孔炭样品进行了结构表征,并采用三电极体系对中孔炭样品进行了电化学性能测试。讨论了硼掺杂量对中孔炭的孔结构及电化学性能的影响。结果表明:随硼含量增加,中孔炭孔径缩小且有序度降低。硼质量分数为0.3%时,中孔炭在电流密度为75mA · g-1下的单位面积比电容达到0.51F · m-2,是未掺杂样品的1.9倍,并且仍能够保持有序的孔道结构。
超级电容器用聚苯胺/有序介孔炭复合电极的性能
刘文晓, 刘 娜, 宋怀河, 陈晓红
2011, 26(3): 217-223. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60077-2
摘要(1909) PDF(1567)
摘要:
利用原位聚合法制备了聚苯胺/有序介孔炭复合材料。通过恒流充放电﹑循环伏安和交流阻抗测试考察了不同聚苯胺含量对聚苯胺/有序介孔炭复合材料电化学性能的影响。研究表明:与纯的有序介孔炭和聚苯胺相比,聚苯胺/有序介孔炭复合材料具有更高的比容量,良好的稳定性和充放电循环性能。当聚苯胺质量分数为60%,电流密度为0.1A · g-1时,比容量可以达到409F · g-1
羰基、羧基和羟基表面官能团对碳纳米管电容量的影响
李莉香, 李 峰
2011, 26(3): 224-228. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60078-4
摘要(1940) PDF(1619)
摘要:
分别采用混酸、空气、硝酸和高锰酸钾对碳纳米管进行氧化处理,以在其表面引入官能团,进而研究了表面官能团对碳纳米管电化学性能的影响。X-射线光电子谱分析表明:混酸氧化处理引入的官能团主要为羰基和羧基;空气氧化使碳纳米管表面链接较多的羟基,但羰基和羧基的含量最少;而硝酸处理和高锰酸钾处理引入了中等数量的羰基和羧基。经四种处理方法所得碳纳米管具有相近的比表面积和孔结构。通过比较它们的比电容发现:羰基和羧基贡献了最多的准电容,尤其羰基含量与碳纳米管的电容量呈正比关系;而羟基主要增强了双层电容,并未引入明显的准法拉第容量。由于羰基和羧基比羟基具有更低的电荷传递电阻,有利于快速的法拉第反应,从而引入准电容。
(Pt/Sn)-碳纳米管复合物的电催化性能
闫学杰, 常东军, 李智辉, 王 艳, 王晓敏
2011, 26(3): 229-236.
摘要(1943) PDF(1199)
摘要:
以碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)为载体、乙二醇和甲酸钠为还原剂,采用浸渍法制备了不同Pt/Sn原子比的(Pt/Sn)-CNT复合物。通过X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对碳纳米管负载金属颗粒过程中的显微结构变化进行了研究。结果表明:Pt、Sn粒子在碳纳米管上高度分散,粒径分布在3.5nm ~6.5nm之间,Sn元素以Pt-Sn合金和SnO2结构存在。循环伏安(CV)测试表明:Pt/Sn原子比为2.5∶1~3.5∶1时,(Pt/Sn)-CNT复合物的催化活性和抗毒化能力最佳。(Pt/Sn)-CNT复合物中CNTs保持了完整结构,对Pt、Sn粒子起到了稳定性作用,有利于提升(Pt/Sn)-CNT复合物对甲醇的氧化活性。
双电层电容器用中孔炭微球/活性炭复合电极的制备
唐 丽, 詹 亮, 杨光智, 杨俊和, 王艳莉, 乔文明, 凌立成
2011, 26(3): 237-240. doi: 10.1016/S1872-5805(11)60079-6
摘要(1713) PDF(1502)
摘要:
采用水热法合成比表面积1850m2/g、粒径1μm的中孔炭微球(MCM);而后将所制MCM加入比表面积为3200m2/g的超级活性炭(HSAC)中制成用于双电层电容器的复合电极材料,并研究了该复合电极材料的电化学性能。结果表明:在比表面积为 3200m2/g的HSAC中添加质量分数20%的MCM后,其颗粒接触内阻、离子扩散内阻明显降低;在6mol/L的KOH电解液体系中,在12A/g的电流密度下,其比电容仍能稳定在230F/g。而在同样的条件下,纯HSAC和纯MCM的比电容仅分别为190F/g和148F/g。复合电极在大电流下电化学性能的提高应归因于MCM合适的粒径、中孔结构及其较高的比表面积。