取向碳纳米管阵列/氧化还原凝胶电解质柔性固态超级电容器的研究
发布时间：2021-02-23 03:44
柔性固态超级电容器因其灵活轻便、性能稳定以及良好的生物安全性受到了广泛的关注。取向排列的碳纳米管阵列（ACNT）已经被证明具有规整的孔结构和快速的电子、离子传输通道,非常适合用作超级电容器以及各种电池器件的电极材料。然而其超疏水的纳米间隙不利于常规水溶性凝胶电解质的渗透,较弱的机械强度也难以支持复杂的化学修饰与复合,在制备柔性超级电容器件时很容易造成器件内阻增加、阵列结构的破坏以及倍率效应下降等问题。本文使用含有氧化还原活性小分子的水性凝胶电解质对ACNT进行真空辅助填充,解决了活性凝胶电解质的渗透问题,构筑高效电子传输通道的同时增加了阵列的机械强度,并利用原位电化学聚合反应制备了聚苯胺纳米颗粒附着CNTs外壁结构的高性能“三明治”型E-PANI@PVA@ACNT柔性水凝胶超级电容器器件。与无规缠结的碳纳米管粉末相比,碳管阵列取向排列的结构确保了器件具有高效的离子、电子传输效率,保证了器件的高功率密度以及良好的倍率性能,同时其纳米间隙还可以大幅提高器件的循环稳定性。在本文中进一步利用溶剂挥发收缩法获得了高密度碳纳米管阵列（DACNT）,制备了比电容量高达2.8 F·cm-3（0.65 ...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２超级电容器工作原理图（ａ）双电层电容器；（ｂ）欠电位沉积；（ｃ）氧化还原腰电??容；（幻插层赝电容??
第一章?取向碳纳米管阵列／氧化还原凝胶电解质柔性固态超级电容器的研宄??？?細??？?Ｍｉ＊?付??｛？｛？？？■（？?｜Ｗｆｆ??＊?＾?＊ｉ＊ｃ?？ｏｄ?ｔ？＊?Ｍ＊ｅ?？?＊??Ｊ４—Ａ??ＫｌｅｃｆｒｏＨｌｃ??％?＿?厶??Ｘ?ｗ＿■??、?．ｆ：ｋｒｔｒ＜Ｅ＊ｃｆｅｍｉｅ？ｉ?．??ｓｔａＷ？＊，??■－???图１－６合适电解质的选用因素１Ｍ??１．４．１氧化还原活性液体电解质??２００７年，Ｌｉ等人在Ｈ２Ｓ０４电解质中首次引入ＦｅＳ０４、ＣｕＳ０４作为Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋??的来源１３６，并且对其氧化还原增强机理进行了研究。据实验表明，Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋??添加剂的引入，其最高比容量可达至２２３?ｍＡ．ｈ．ｇ＇远高于Ｈ２ＳＯ４基器件。另外，??在电化学过程中，由于Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋之间的协同效应，使得器件展现出良好的可逆??氧化还原反应行为。随后，Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６和Ｋ４Ｆｅ（ＣＮ）６作为添加剂被引入ＫＯＨ溶??液中，Ｓｕ?等人?１３７研究了该电解液在?Ｃｏ－Ａｌ?ｌａｙｅｒｅｄ?ｄｏｕｂｌｅ?ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ（Ｃｏ－Ａｌ?ＬＤＨ）??电极中的赝电容行为。该体系在充放电过程中发生Ｃ〇２＋／Ｃ〇３＋和??Ｆｅ（ＣＮ）６３７Ｆｅ（ＣＮ）６４＿两对氧化还原反应，器件的电荷转移电阻由原始的３．２７Ｄ降??至２．９６?Ｑ，离子电导率的增大改善了电极与电解质间的接触。且据ＸＲＤ测试证??实该反应仅发生在电极／电解质界面处而不是在电极材料体相中，这表明电解液??中氧化还原添加剂直接参与电子转移，而ＳＣｓ性能的提升仅仅是得益于其电极／??电解质界面处的赝电容贡献。ＫＩ／Ｈ２Ｓ０４电解液则主要应用
气相沉积法制备ＣＮＴ骨架，与电沉积的ＰＨ）ＯＴ进行复合，该复合电极最高质??量比电容可达１４７?Ｆ＋ｇｌＯ．ＳＡｆ１），循环３０００次后，其电容值稳定在９５％左右。??现阶段，随着不断地深入探索，微型超级电容器（ｍｉｃｒｏ－ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＭＳＣｓ）??凭借高功率输出（速率性能）以及高频响应等优势，逐渐扩展了超级电容器在可穿??戴、微电子产品等领域的应用。Ｗｕ等１７（）成功制备了硫掺杂石墨烯纳米级微电极，??并获得５８２?Ｆｘｍ＿３（１０?ｍＶ＇ｓ—１）的超高比电容量和短期常数为０．２６?ｍｓ的频率响应。??紧接着，为了适应多样化需求，可拉伸自修复１７１、流动型１７２超级电容器等新型??超级电容器也不断被幵发。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Definitions of Pseudocapacitive Materials: A Brief Review[J]. Yuqi Jiang,Jinping Liu. 能源与环境材料(英文). 2019(01)
本文编号：3046965
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２超级电容器工作原理图（ａ）双电层电容器；（ｂ）欠电位沉积；（ｃ）氧化还原腰电??容；（幻插层赝电容??
第一章?取向碳纳米管阵列／氧化还原凝胶电解质柔性固态超级电容器的研宄??？?細??？?Ｍｉ＊?付??｛？｛？？？■（？?｜Ｗｆｆ??＊?＾?＊ｉ＊ｃ?？ｏｄ?ｔ？＊?Ｍ＊ｅ?？?＊??Ｊ４—Ａ??ＫｌｅｃｆｒｏＨｌｃ??％?＿?厶??Ｘ?ｗ＿■??、?．ｆ：ｋｒｔｒ＜Ｅ＊ｃｆｅｍｉｅ？ｉ?．??ｓｔａＷ？＊，??■－???图１－６合适电解质的选用因素１Ｍ??１．４．１氧化还原活性液体电解质??２００７年，Ｌｉ等人在Ｈ２Ｓ０４电解质中首次引入ＦｅＳ０４、ＣｕＳ０４作为Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋??的来源１３６，并且对其氧化还原增强机理进行了研究。据实验表明，Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋??添加剂的引入，其最高比容量可达至２２３?ｍＡ．ｈ．ｇ＇远高于Ｈ２ＳＯ４基器件。另外，??在电化学过程中，由于Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋之间的协同效应，使得器件展现出良好的可逆??氧化还原反应行为。随后，Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６和Ｋ４Ｆｅ（ＣＮ）６作为添加剂被引入ＫＯＨ溶??液中，Ｓｕ?等人?１３７研究了该电解液在?Ｃｏ－Ａｌ?ｌａｙｅｒｅｄ?ｄｏｕｂｌｅ?ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ（Ｃｏ－Ａｌ?ＬＤＨ）??电极中的赝电容行为。该体系在充放电过程中发生Ｃ〇２＋／Ｃ〇３＋和??Ｆｅ（ＣＮ）６３７Ｆｅ（ＣＮ）６４＿两对氧化还原反应，器件的电荷转移电阻由原始的３．２７Ｄ降??至２．９６?Ｑ，离子电导率的增大改善了电极与电解质间的接触。且据ＸＲＤ测试证??实该反应仅发生在电极／电解质界面处而不是在电极材料体相中，这表明电解液??中氧化还原添加剂直接参与电子转移，而ＳＣｓ性能的提升仅仅是得益于其电极／??电解质界面处的赝电容贡献。ＫＩ／Ｈ２Ｓ０４电解液则主要应用
气相沉积法制备ＣＮＴ骨架，与电沉积的ＰＨ）ＯＴ进行复合，该复合电极最高质??量比电容可达１４７?Ｆ＋ｇｌＯ．ＳＡｆ１），循环３０００次后，其电容值稳定在９５％左右。??现阶段，随着不断地深入探索，微型超级电容器（ｍｉｃｒｏ－ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＭＳＣｓ）??凭借高功率输出（速率性能）以及高频响应等优势，逐渐扩展了超级电容器在可穿??戴、微电子产品等领域的应用。Ｗｕ等１７（）成功制备了硫掺杂石墨烯纳米级微电极，??并获得５８２?Ｆｘｍ＿３（１０?ｍＶ＇ｓ—１）的超高比电容量和短期常数为０．２６?ｍｓ的频率响应。??紧接着，为了适应多样化需求，可拉伸自修复１７１、流动型１７２超级电容器等新型??超级电容器也不断被幵发。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Definitions of Pseudocapacitive Materials: A Brief Review[J]. Yuqi Jiang,Jinping Liu. 能源与环境材料(英文). 2019(01)
本文编号：3046965
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