發(fā)布時(shí)間：2020-08-28 01:30

【摘要】：傳統(tǒng)儲(chǔ)能器件難以滿足柔性/可穿戴電子設(shè)備的應(yīng)用要求,兼具高能量密度與柔性成為新一代儲(chǔ)能器件的重要發(fā)展方向。纖維狀超級(jí)電容器由一維電極構(gòu)成,具有出色的柔性和可集成性能,但較低的能量密度限制了其應(yīng)用。贗電容材料與碳質(zhì)基底復(fù)合是提升容量性能的有效方式,但提升能量密度的同時(shí)往往損失功率密度,因此提升能量密度的同時(shí)保持功率密度仍是一個(gè)難題。本論文采用活性碳纖維(ACF)負(fù)載贗電容材料MnO_2,構(gòu)建復(fù)合纖維電極,實(shí)現(xiàn)MnO_2高負(fù)載量和電極容量提升;構(gòu)建多層次柔性碳基底改善MnO_2結(jié)構(gòu),提高M(jìn)nO_2利用率,提升容量性能和倍率性能。首先以ACF作為柔性基底和反應(yīng)模板,通過(guò)室溫下與高錳酸鉀反應(yīng)沉積MnO_2,制備MnO_2@ACF復(fù)合纖維電極,實(shí)現(xiàn)MnO_2高負(fù)載量,采用羧甲基纖維素鈉/硫酸鈉(CMC/Na_2SO_4)凝膠電解質(zhì)組裝柔性纖維狀超級(jí)電容器。0.1 mA cm~(-2)電流密度下器件比容量達(dá)到410 mF cm~(-2),但MnO_2相對(duì)致密的結(jié)構(gòu)限制了器件倍率性能。為了改善纖維電極性能,采用商業(yè)碳素墨水對(duì)活性碳纖維進(jìn)行改性,構(gòu)建多層次柔性碳基底,經(jīng)高錳酸鉀刻蝕制備MnO_2@Ink/ACF復(fù)合纖維電極。墨水與活性碳纖維良好親和性使碳納米顆粒緊密貼附在纖維表面,疏松多孔結(jié)構(gòu)改善電解液浸潤(rùn)和離子傳輸,有效提升MnO_2利用率,改善倍率性能。器件在0.1 mA cm~(-2)下比容量達(dá)到649 mF cm~(-2),比MnO_2@ACF高1.58倍;當(dāng)電流密度由0.1 mA cm~(-2)增加到1.0 mA cm~(-2),容量保持率由35%增加到63%。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ342.742;TM53
【圖文】：

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，法拉第電容產(chǎn)生于電極表面和/或整個(gè)電的能量一般要高于雙電層超級(jí)電容器，但是不可逆性，循環(huán)穩(wěn)定性較差[23]。在 EDLCs 容電極共同組合可構(gòu)成非對(duì)稱電容器，構(gòu)建，是提升器件能量密度的有效方法[24]。此外為混合電容器。混合電容器由一個(gè)電池類電，混合電容器同時(shí)具有 EDLCs 的高功率密]。

夠?qū)崿F(xiàn)三維方向的柔性，可通過(guò)傳統(tǒng)的紡織技術(shù)編織成具有優(yōu)適應(yīng)多樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比于傳統(tǒng)的型柔性超級(jí)電容器，具有更好的潛力與其他纖維型能量收集器）或傳感器等相集成[55]。總的來(lái)看，纖維狀超級(jí)電容器主要在大的應(yīng)用潛力：（1）作為微型儲(chǔ)能器件填補(bǔ)微型電池作為微電功率密度低、充放電速度慢、使用壽命短的缺點(diǎn)，甚至完全取子器件的供能；（2）作為宏觀集成器件的結(jié)構(gòu)單元為柔性/可能織物、人造皮膚、可伸縮顯示器等提供能源[56]。及分類超級(jí)電容器一致，按照儲(chǔ)能機(jī)理不同，纖維狀超級(jí)電容器可分器和贗電容超級(jí)電容器。按照構(gòu)建結(jié)構(gòu)的不同，纖維狀超級(jí)電排列型、纏繞型和同軸型三種，如圖 1-2 所示。平行排列型纖般由兩根纖維電極平行放置來(lái)實(shí)現(xiàn)組裝，這種結(jié)構(gòu)的纖維狀超

圖 1-3 基于 MnO2@CNT/nylon 纖維電極的彈簧狀可拉伸纖維超級(jí)電容器[62]ure 1-3 Spring shaped stretchable fiber supercapacitor based on coiled MnO2@CNT/electrodes通過(guò)在其表面包裹碳納米管薄膜進(jìn)而沉積 MnO2納米纖維制2@CNT/nylon 纖維電極，兩根 MnO2@CNT/nylon 纖維電極扭轉(zhuǎn)成彈簧后并列放置，涂覆凝膠電解質(zhì)后構(gòu)建了可伸縮的固態(tài)纖維狀超級(jí)電容維方向可逆地拉伸至 150%時(shí)電容量減少僅為 15%，并且在充放電過(guò)程地拉伸形變并未影響器件循環(huán)性能，除了具有超好的彈性外，該器件基料的最大長(zhǎng)度比容量和面積比容量分別為 5.4 mF cm-1和 40.9 mF cm-2量密度和功率密度分別為 2.6 mWh cm-2和 66.9 mWh cm-2。Bae 等[63]采用水熱法在噴金的 PMMA 纖維及芳綸（Kevlar）纖維柔性長(zhǎng)了 ZnO 納米線作為活性物質(zhì)形成纖維電極，然后將 ZnO/Kevlar 纖/PMMA 纖維纏繞在一起，使用 1M KNO3電解液，構(gòu)建了纏繞型纖維超，比電容為 0.21 mF cm-2（0.01 mF cm-1）。雖然該纖維狀超級(jí)電容器性[64]

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本文編號(hào)：2806895