基于聚乙烯醇的自修复不对称电容器的制备及性能研究
发布时间：2020-04-16 05:19
【摘要】：不对称电容器是电化学储能设备的一种,它同时拥有电化学双电层电容和法拉第赝电容的特征,具有比传统超级电容器更高的能量密度、比电池更高的功率密度和循环稳定性,但它们在受到物理损坏或变形的情况下将失去其储能功能,甚至引起安全问题。本文报道了一种可以承受严重机械损伤的自修复不对称电容器,提供了一种设计智能非对称电容器的策略,具有出色的可靠性、安全性和易维护性的,在可穿戴/柔性电子产品、智能服装或柔性机器人等领域具有潜在的应用价值。本文以铁氰化镍(KNiFe(CN)_6)为正极、活性炭为(AC)为负极首先组装水系KNiFe(CN)_6//AC不对称电容器,电解质为1 mol·L~-11 KNO_3溶液。与AC对称电容器相比,该电容器的工作电压范围被拓宽为0-1.5V;KNiFe(CN)_6、AC单电极的比容量分别为337.4 F·g~(-1)、105.3 F·g~(-1),组装为电容器后质量配比为3.2:1(正极:负极);电容器倍率性能出色,5 A·g~(-1)的比容量(137.7 F·g~(-1))与0.5 A·g~(-1)的比容量(160.2 F·g~(-1))相比保持率高达91.4%;该电容器在电流密度为2 A·g~(-1)下比容量为145.5 F/g,并且循环2000圈能保持95.9%,表现出优越的循环性能。以水系KNiFe(CN)_6//AC的研究内容为基础,本文进一步构建基于动态硼酯键的KNiFe(CN)_6//AC自修复不对称电容器,该电容器在30 min时力学性能就已经基本修复到初始状态,并且能承受至少5次切开/修复操作。修复后,电解质、电极的微观形貌、力学性能和电导率均能基本恢复到初始状态,电容器的力学性能、电化学性能也可以基本修复。电流密度为0.5、1、2、3、4、5 A·g~(-1)时,电容器初始状态下的容量分别为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次修复后容量只出现了轻微的下降(最高为5 A·g~(-1)时下降了4.21%)。在电流密度为2 A·g~(-1)下,电容器首次放电容量高达142.7 F·g~(-1),在循环1500圈后能保持90.3%,5次修复后的电容器容量保持率能达到87.9%。总之,本文通过将电化学活性组分整合到通过硼酸酯键交联的PVA基网络中来制造可自修复的不对称电容器。由于网络的动态特性,电容器能够自主恢复所有损坏的组件,从而恢复配置完整性,机械和电容特性。在没有任何外部刺激的情况下,自修复过程在室温环境中可重复至少5次。更有趣的是,愈合电容器还表现出高比电容、优异的倍率性能和良好的循环稳定性。
【图文】：
因为后者面临电解质泄漏的风险。性电极(FE)应该具有高度的柔韧性和良好的电化学性能。具有柔性且机械强度高的基底(在许多情况下，基底不具，它们仅用作结构部件或集流体)，同时引入电化学活性性能[51,54,55]。例如，将电化学活性材料涂覆在柔性纤维的表，可用的柔性基底有塑料纤维、金属线、碳材料纤维等CNTs，石墨烯片，MnO2和 PANI 等。此外，涂覆的方渍和干燥”，电沉积和化学反应等等[56,57]。然而，应该指 FE，基底材料(没有电化学活性)的重量或体积分数远高 FE 的比容量以及其他电化学性能具有负面影响[57]。显然能，最好减少使用没有电化学活性的材料，换句话说，支撑和电化学活性功能的柔性材料显得更为重要，如图 1是超级电容器的另一个重要组成部分[58,59]，如图 1-3d 所铂丝)通常用作与 FE 缠绕的集流体。
9 1-4 a)磁力自修复超级电容器的设计和制造工艺流程；(b)自修复聚氨酯完全支持 同于 0.34MPa 的拉力：修复前(左图)，，三次断开/修复后(右图)；(c)电容器自修复；(d)电极材料的磁性表征照片；(e)电容器多次修复的循环伏安曲线；(f)设备初始后的拉伸强度、杨氏模量an 等人[27]报道了一种全修复式超级电容器，不仅可以自发修复其电极和可以在物理损伤的情况下自行修复它们之间的界面，这种自修复电容器解质和电极材料整合到动态硼酯键交联的 PVA-g-TMAC 网络中实现的位置如何，在所有 15 次切开/修复过程中，电容器均可快速恢复其结构和电化学性能，并且无需外部刺激。更有意思的是，电容器可以转换成或图案而不会降低性能。他们的研究提供了一个简便而通用的方法，用自修复能力和可裁剪的智能储能设备，在便携、可穿戴电子设备、柔性能服饰等领域具有潜在应用价值。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM53
本文编号：2629429
【图文】：
因为后者面临电解质泄漏的风险。性电极(FE)应该具有高度的柔韧性和良好的电化学性能。具有柔性且机械强度高的基底(在许多情况下，基底不具，它们仅用作结构部件或集流体)，同时引入电化学活性性能[51,54,55]。例如，将电化学活性材料涂覆在柔性纤维的表，可用的柔性基底有塑料纤维、金属线、碳材料纤维等CNTs，石墨烯片，MnO2和 PANI 等。此外，涂覆的方渍和干燥”，电沉积和化学反应等等[56,57]。然而，应该指 FE，基底材料(没有电化学活性)的重量或体积分数远高 FE 的比容量以及其他电化学性能具有负面影响[57]。显然能，最好减少使用没有电化学活性的材料，换句话说，支撑和电化学活性功能的柔性材料显得更为重要，如图 1是超级电容器的另一个重要组成部分[58,59]，如图 1-3d 所铂丝)通常用作与 FE 缠绕的集流体。
9 1-4 a)磁力自修复超级电容器的设计和制造工艺流程；(b)自修复聚氨酯完全支持 同于 0.34MPa 的拉力：修复前(左图)，，三次断开/修复后(右图)；(c)电容器自修复；(d)电极材料的磁性表征照片；(e)电容器多次修复的循环伏安曲线；(f)设备初始后的拉伸强度、杨氏模量an 等人[27]报道了一种全修复式超级电容器，不仅可以自发修复其电极和可以在物理损伤的情况下自行修复它们之间的界面，这种自修复电容器解质和电极材料整合到动态硼酯键交联的 PVA-g-TMAC 网络中实现的位置如何，在所有 15 次切开/修复过程中，电容器均可快速恢复其结构和电化学性能，并且无需外部刺激。更有意思的是，电容器可以转换成或图案而不会降低性能。他们的研究提供了一个简便而通用的方法，用自修复能力和可裁剪的智能储能设备，在便携、可穿戴电子设备、柔性能服饰等领域具有潜在应用价值。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM53
【参考文献】
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1 张海龙;中国新能源发展研究[D];吉林大学;2014年
本文编号：2629429
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2629429.html
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