【摘要】：不對稱電容器是電化學儲能設備的一種,它同時擁有電化學雙電層電容和法拉第贗電容的特征,具有比傳統(tǒng)超級電容器更高的能量密度、比電池更高的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性,但它們在受到物理損壞或變形的情況下將失去其儲能功能,甚至引起安全問題。本文報道了一種可以承受嚴重機械損傷的自修復不對稱電容器,提供了一種設計智能非對稱電容器的策略,具有出色的可靠性、安全性和易維護性的,在可穿戴/柔性電子產(chǎn)品、智能服裝或柔性機器人等領域具有潛在的應用價值。本文以鐵氰化鎳(KNiFe(CN)_6)為正極、活性炭為(AC)為負極首先組裝水系KNiFe(CN)_6//AC不對稱電容器,電解質為1 mol·L~-11 KNO_3溶液。與AC對稱電容器相比,該電容器的工作電壓范圍被拓寬為0-1.5V;KNiFe(CN)_6、AC單電極的比容量分別為337.4 F·g~(-1)、105.3 F·g~(-1),組裝為電容器后質量配比為3.2:1(正極:負極);電容器倍率性能出色,5 A·g~(-1)的比容量(137.7 F·g~(-1))與0.5 A·g~(-1)的比容量(160.2 F·g~(-1))相比保持率高達91.4%;該電容器在電流密度為2 A·g~(-1)下比容量為145.5 F/g,并且循環(huán)2000圈能保持95.9%,表現(xiàn)出優(yōu)越的循環(huán)性能。以水系KNiFe(CN)_6//AC的研究內容為基礎,本文進一步構建基于動態(tài)硼酯鍵的KNiFe(CN)_6//AC自修復不對稱電容器,該電容器在30 min時力學性能就已經(jīng)基本修復到初始狀態(tài),并且能承受至少5次切開/修復操作。修復后,電解質、電極的微觀形貌、力學性能和電導率均能基本恢復到初始狀態(tài),電容器的力學性能、電化學性能也可以基本修復。電流密度為0.5、1、2、3、4、5 A·g~(-1)時,電容器初始狀態(tài)下的容量分別為158.8 F·g~(-1)、150.7 F·g~(-1)、142.7 F·g~(-1)、136 F·g~(-1)、130.7F·g~(-1)、126 F·g~(-1),5次修復后容量只出現(xiàn)了輕微的下降(最高為5 A·g~(-1)時下降了4.21%)。在電流密度為2 A·g~(-1)下,電容器首次放電容量高達142.7 F·g~(-1),在循環(huán)1500圈后能保持90.3%,5次修復后的電容器容量保持率能達到87.9%�？傊�,本文通過將電化學活性組分整合到通過硼酸酯鍵交聯(lián)的PVA基網(wǎng)絡中來制造可自修復的不對稱電容器。由于網(wǎng)絡的動態(tài)特性,電容器能夠自主恢復所有損壞的組件,從而恢復配置完整性,機械和電容特性。在沒有任何外部刺激的情況下,自修復過程在室溫環(huán)境中可重復至少5次。更有趣的是,愈合電容器還表現(xiàn)出高比電容、優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【圖文】：

因為后者面臨電解質泄漏的風險。性電極(FE)應該具有高度的柔韌性和良好的電化學性能。具有柔性且機械強度高的基底(在許多情況下，基底不具，它們僅用作結構部件或集流體)，同時引入電化學活性性能[51,54,55]。例如，將電化學活性材料涂覆在柔性纖維的表，可用的柔性基底有塑料纖維、金屬線、碳材料纖維等CNTs，石墨烯片，MnO2和 PANI 等。此外，涂覆的方漬和干燥”，電沉積和化學反應等等[56,57]。然而，應該指 FE，基底材料(沒有電化學活性)的重量或體積分數(shù)遠高 FE 的比容量以及其他電化學性能具有負面影響[57]。顯然能，最好減少使用沒有電化學活性的材料，換句話說，支撐和電化學活性功能的柔性材料顯得更為重要，如圖 1是超級電容器的另一個重要組成部分[58,59]，如圖 1-3d 所鉑絲)通常用作與 FE 纏繞的集流體。

9 1-4 a)磁力自修復超級電容器的設計和制造工藝流程；(b)自修復聚氨酯完全支持 同于 0.34MPa 的拉力：修復前(左圖)，，三次斷開/修復后(右圖)；(c)電容器自修復；(d)電極材料的磁性表征照片；(e)電容器多次修復的循環(huán)伏安曲線；(f)設備初始后的拉伸強度、楊氏模量an 等人[27]報道了一種全修復式超級電容器，不僅可以自發(fā)修復其電極和可以在物理損傷的情況下自行修復它們之間的界面，這種自修復電容器解質和電極材料整合到動態(tài)硼酯鍵交聯(lián)的 PVA-g-TMAC 網(wǎng)絡中實現(xiàn)的位置如何，在所有 15 次切開/修復過程中，電容器均可快速恢復其結構和電化學性能，并且無需外部刺激。更有意思的是，電容器可以轉換成或圖案而不會降低性能。他們的研究提供了一個簡便而通用的方法，用自修復能力和可裁剪的智能儲能設備，在便攜、可穿戴電子設備、柔性能服飾等領域具有潛在應用價值。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM53

【參考文獻】

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1 張海龍;中國新能源發(fā)展研究[D];吉林大學;2014年

本文編號：2629429