基于三聚氰胺海绵的可压缩电极制备及超级电容性能研究
发布时间：2021-11-16 03:32
由于轻量型可穿戴电子器件的应用越来越广泛,更需要开发能在抵抗各种物理形变的同时提供稳定的功率输出的能量储存装置。具有高功率密度的可变形的超级电容器引起了人们的关注。已有许多关于可弯折、可拉伸、可卷曲的超级电容的报道。但是,关于可压缩超级电容器的研究相对较少,并且开发能在高压缩应变下保持良好的电化学性能的可压缩超级电容器仍然是一个挑战。具有多孔三维网络的三聚氰胺海绵（MS）由于其极好的耐用性,吸水性和可压缩性而被广泛用作可压缩基底。它不仅能提供优越的可压缩性,还能为活性材料提供足够的负载空间。在本文中,以MS为基底,通过简单易行且成本较低的方法在其上负载活性物质,制备了两种用于超级电容器的可压缩电极。聚吡咯（PPy）是一种常见的导电高分子材料,由于其固有的柔韧性和可观的比容量,很适合用于制备可变形能源贮存装置。然而,不佳的倍率性能和循环稳定性一直困扰着PPy。本文通过在MS的骨架上交替涂覆石墨烯（r GO）和PPy制备3D可压缩r GO-PPy-r GO-MS（G-PPy-G-MS）电极。本文将r GO与PPy复合,在确保高电容的同时提高了电极的循环稳定性和倍率性能。MS和PPy的固有韧...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近年来出现的各种柔性电子设备为了与急速发展的便携式和可穿戴的电子设备相匹配，许多研究者将目光
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-图1-2通过湿式磨铣法生产rGO用于超级电容器的示意图（a）湿式磨铣法剥离石墨（b）将微型超级电容器印刷到塑料基材上（c）添加碳纳米管作为垫片（d）使用热解石墨纸降低集电器电阻[31]活性炭是一种多孔的无定形碳，是由煤、木材、以及多种多样的生物质材料经过特殊处理得到。将这些原材料先隔绝空气在高温下灼烧，除去原料中碳以外的成分，然后降低温度，与气体混合加热将样品活化。得到的活性碳材料具有非常多的微孔结构，活化步骤又对其微孔结构进行了调整。由于大量微孔的存在，活性炭展现出十分可观的比表面积，因此，活性炭是一种应用十分广泛的双电层型超级电容器材料。此外，活性炭的吸附能力优异，也被当作环境治理的材料，比如净化空气、净水等。目前，关于生物质材料制备活性炭应用在电化学领域的研究十分丰富。例如，Li等人[32]使用资源丰富的水果废料柚
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-9-图1-3PEDOT:PSS在超级电容器中的应用（a-b）柔性自支撑PEDOT:PSS膜的照片（c）添加了二甘醇的PEDOT:PSS薄膜的SEM图像（d）没有添加二甘醇的PEDOT:PSS薄膜的SEM图像（e）在50mV·s-1下添加了和没有添加二甘醇的PEDOT:PSS电极的CV图像[49]1.2.4金属氧化物/氢化物金属氧化物/氢化物是通过电极材料的氧化还原反应进行电荷存储的，与传统的双电层电容器相比，金属氧化物电极的超级电容器通常具有更高的能量密度和放电比容量，其比容量约为双电层型电容器100倍，因此金属氧化物/氢化物也被广泛的应用到超级电容器的研究中。但金属氧化物的缺陷是，其结构致密，导电性能差。氧化钌应用于超级电容器已经有很久的历史了。氧化钌是一种赝电容性能很好的金属氧化物，它的导电性、比电容和氧化还原可逆性都十分卓越，氧化钌应用在超级电容器中的研究已有很多年的历史，对其性质的研究也十分详细。但是氧化钌的价格十分昂贵，由氧化钌制备的电子器件成本极高。为了降低成本，对于其它价格低廉的金属氧化物电极材料的寻找显得尤为重要，目前寻找到的电极材料有锰、钴、镍等过渡金属的氧化物。镍、钴的氧化物由于具有赝电容的特性，被用作超级电容器电极材料的研究较多，但是镍、钴氧化物表现出来的比电容并不是很高，这有可能归因于反应过程中这些材料发生了反应，表现出一种类似电池的电化学行为。可以将材料进行纳米化处理，增大材料比表面积，有望突出镍、钴氧化物的赝电容特性，从而提高他们的比容量。并且
本文编号：3498075
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近年来出现的各种柔性电子设备为了与急速发展的便携式和可穿戴的电子设备相匹配，许多研究者将目光
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-图1-2通过湿式磨铣法生产rGO用于超级电容器的示意图（a）湿式磨铣法剥离石墨（b）将微型超级电容器印刷到塑料基材上（c）添加碳纳米管作为垫片（d）使用热解石墨纸降低集电器电阻[31]活性炭是一种多孔的无定形碳，是由煤、木材、以及多种多样的生物质材料经过特殊处理得到。将这些原材料先隔绝空气在高温下灼烧，除去原料中碳以外的成分，然后降低温度，与气体混合加热将样品活化。得到的活性碳材料具有非常多的微孔结构，活化步骤又对其微孔结构进行了调整。由于大量微孔的存在，活性炭展现出十分可观的比表面积，因此，活性炭是一种应用十分广泛的双电层型超级电容器材料。此外，活性炭的吸附能力优异，也被当作环境治理的材料，比如净化空气、净水等。目前，关于生物质材料制备活性炭应用在电化学领域的研究十分丰富。例如，Li等人[32]使用资源丰富的水果废料柚
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-9-图1-3PEDOT:PSS在超级电容器中的应用（a-b）柔性自支撑PEDOT:PSS膜的照片（c）添加了二甘醇的PEDOT:PSS薄膜的SEM图像（d）没有添加二甘醇的PEDOT:PSS薄膜的SEM图像（e）在50mV·s-1下添加了和没有添加二甘醇的PEDOT:PSS电极的CV图像[49]1.2.4金属氧化物/氢化物金属氧化物/氢化物是通过电极材料的氧化还原反应进行电荷存储的，与传统的双电层电容器相比，金属氧化物电极的超级电容器通常具有更高的能量密度和放电比容量，其比容量约为双电层型电容器100倍，因此金属氧化物/氢化物也被广泛的应用到超级电容器的研究中。但金属氧化物的缺陷是，其结构致密，导电性能差。氧化钌应用于超级电容器已经有很久的历史了。氧化钌是一种赝电容性能很好的金属氧化物，它的导电性、比电容和氧化还原可逆性都十分卓越，氧化钌应用在超级电容器中的研究已有很多年的历史，对其性质的研究也十分详细。但是氧化钌的价格十分昂贵，由氧化钌制备的电子器件成本极高。为了降低成本，对于其它价格低廉的金属氧化物电极材料的寻找显得尤为重要，目前寻找到的电极材料有锰、钴、镍等过渡金属的氧化物。镍、钴的氧化物由于具有赝电容的特性，被用作超级电容器电极材料的研究较多，但是镍、钴氧化物表现出来的比电容并不是很高，这有可能归因于反应过程中这些材料发生了反应，表现出一种类似电池的电化学行为。可以将材料进行纳米化处理，增大材料比表面积，有望突出镍、钴氧化物的赝电容特性，从而提高他们的比容量。并且
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