C@GB/PVA-PEI自修复超级电容器的制备及性能研究
发布时间：2022-02-11 15:58
近年来,凭借着充放电速度快、循环寿命长、功率密度高等优点,超级电容器成为了柔性储能设备发展中必不可少的一部分。然而在实际使用过程中,超级电容器难免会受到机械损伤从而导致整个器件失效。因此,近年来具有自修复功能的超级电容器被开发出来。本文制备了一种以聚乙烯醇-聚乙烯亚胺（PVA-PEI）水凝胶为电解质、碳包覆的玻璃微珠为电极的自修复超级电容器,该超级电容器有望应用于智能电子产品中。本文通过PVA与PEI分子链间的氢键作用交联生成了PVA-PEI自修复水凝胶电解质,氢键赋予了PVA-PEI水凝胶优异的自修复性与重塑性。首先探究了亚氨基（-NH-）与羟基（-OH）的摩尔比对PVA-PEI水凝胶的凝胶率、力学性能、电导率以及自修复性能的影响。当-NH-∶-OH=1.0∶1.0时,PVA-PEI水凝胶具有29.02 k Pa的断裂应力、3.44 m S cm-1的电导率与97.69%的自修复效率,这代表该水凝胶具有较好的力学性能、导电性与自修复性。因此,本课题确定-NH-∶-OH=1.0∶1.0为制备PVA-PEI水凝胶电解质的最佳配比,并进一步探究了自修复次数与重塑次数对...
【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】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PANI-PCH电容器的特征[26]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-卓越的稳定性，在3万个恒电流充放电循环后，比电容几乎没有衰减。有机凝胶电解质薄膜的独特优点在于其可调节的机械完整性，这使得基于有机凝胶电解质的对称固态超级电容器的组装易于扩展到工业水平，实现电解质的工业化生产。图1-2有机凝胶电解质的特征[27]a)PAN-b-PEG-b-PAN共聚物的SEM图像；b)通过在80℃下加热LiClO4/PAN-b-PEG-b-PAN/DMF混合物12h，蒸发DMF1h所获得的有机凝胶电解质的照片1.2.2柔性超级电容器许多电子设备，例如电子皮肤、可弯曲的智能电话和可植入医疗设备，以及它们的储能设备都会遭受各种严重的机械变形。因此，传统的超级电容器的电解质、电极以及隔膜已经不满足目前的需求，组装可弯曲、可折叠、可扭曲和可伸展的柔性固态超级电容器是至关重要的，并且柔性固态超级电容器的性能在很大程度上取决于电极材料和电解质的制备以及组装方法。凝胶电解质不仅可以实现超级电容器的固态化，其可弯曲的特点也是实现柔性固态超级电容器的重要条件。使用凝胶作为电解质来制备柔性固态超级电容器是目前比较常用的手段，另一个制备柔性固态超级电容器的关键因素是使用具有高电导率的柔性电极以确保电荷的快速充放电。目前的柔性电极可分为两大类：柔性自支撑的活性材料和在柔性基板上沉积活性材料，其中有很多材料，例如纳米碳（CNT和石墨烯）和导电聚合物已经被广泛地被用作柔性固态超级电容器的电极使用。根据电极的组装方式，柔性固态超级电容器可以分为两类：固态对称超级电容器和固态非对称超级电容器，由于本论文的主要研究内容为对称超级电容器的制备，因此下面主要介绍基于不同柔性电极的固态对称电容器的发展现状。
种制备透明的柔性固态超级电容器的简单方法。他们通过真空过滤以及压模法将由无粘合剂的单壁碳纳米管（SWCNT）薄膜组成的对称电极沉积到聚二甲基硅氧烷（PDMS）基板上，并使用凝胶电解质与之组装成为固态超级电容器器件。当SWCNTs的质量为0.02mg时，该柔性超级电容器具有82%的透光率，并且该器件的比电容为22.2Fg-1。此外，此柔性超级电容器的功率密度可以达到41.5kWkg-1，而且经过500次循环后仍然具有良好的电容保持率（94%）。这种具有能量存储功能的透明且柔性的超级电容器对于制备显示器和触摸屏均具有重要的意义。图1-3制备的超级电容器的a)简单示意图和b)照片[35]
本文编号：3620560
【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】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PANI-PCH电容器的特征[26]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-卓越的稳定性，在3万个恒电流充放电循环后，比电容几乎没有衰减。有机凝胶电解质薄膜的独特优点在于其可调节的机械完整性，这使得基于有机凝胶电解质的对称固态超级电容器的组装易于扩展到工业水平，实现电解质的工业化生产。图1-2有机凝胶电解质的特征[27]a)PAN-b-PEG-b-PAN共聚物的SEM图像；b)通过在80℃下加热LiClO4/PAN-b-PEG-b-PAN/DMF混合物12h，蒸发DMF1h所获得的有机凝胶电解质的照片1.2.2柔性超级电容器许多电子设备，例如电子皮肤、可弯曲的智能电话和可植入医疗设备，以及它们的储能设备都会遭受各种严重的机械变形。因此，传统的超级电容器的电解质、电极以及隔膜已经不满足目前的需求，组装可弯曲、可折叠、可扭曲和可伸展的柔性固态超级电容器是至关重要的，并且柔性固态超级电容器的性能在很大程度上取决于电极材料和电解质的制备以及组装方法。凝胶电解质不仅可以实现超级电容器的固态化，其可弯曲的特点也是实现柔性固态超级电容器的重要条件。使用凝胶作为电解质来制备柔性固态超级电容器是目前比较常用的手段，另一个制备柔性固态超级电容器的关键因素是使用具有高电导率的柔性电极以确保电荷的快速充放电。目前的柔性电极可分为两大类：柔性自支撑的活性材料和在柔性基板上沉积活性材料，其中有很多材料，例如纳米碳（CNT和石墨烯）和导电聚合物已经被广泛地被用作柔性固态超级电容器的电极使用。根据电极的组装方式，柔性固态超级电容器可以分为两类：固态对称超级电容器和固态非对称超级电容器，由于本论文的主要研究内容为对称超级电容器的制备，因此下面主要介绍基于不同柔性电极的固态对称电容器的发展现状。
种制备透明的柔性固态超级电容器的简单方法。他们通过真空过滤以及压模法将由无粘合剂的单壁碳纳米管（SWCNT）薄膜组成的对称电极沉积到聚二甲基硅氧烷（PDMS）基板上，并使用凝胶电解质与之组装成为固态超级电容器器件。当SWCNTs的质量为0.02mg时，该柔性超级电容器具有82%的透光率，并且该器件的比电容为22.2Fg-1。此外，此柔性超级电容器的功率密度可以达到41.5kWkg-1，而且经过500次循环后仍然具有良好的电容保持率（94%）。这种具有能量存储功能的透明且柔性的超级电容器对于制备显示器和触摸屏均具有重要的意义。图1-3制备的超级电容器的a)简单示意图和b)照片[35]
本文编号：3620560
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