基于聚吡咯/碳纳米管/棉纱线超级电容器电极的研究
发布时间：2021-06-05 13:36
柔性纱线型超级电容器不仅具有充放电快、环境友好等传统超级电容器的固有优势,还能满足微型化、集成化和柔性化的可穿戴要求,在可穿戴电子产品的储能方面应用前景广泛。电极作为超级电容器的关键部分,具有重要研究价值,目前研究中仍存在电容较低及循环稳定性较差等问题,限制了其发展。纺织纱线因具有多孔、柔性和强度等优点被视为电极的良好的柔性基底。本文以棉纱（CY）为柔性基底,以多壁碳纳米管（MWCNTs）和聚吡咯（PPy）为活性材料,利用MWCNTs与PPy的协同作用提高电极的电容,利用氧等离子体改性提高材料间的结合牢度,改善电极的循环稳定性,制备具有较好循环稳定性和较高电容的纱线电极。本文主要内容如下:（1）采用浸泡-干燥法在CY表面包覆MWCNTs,制备了MWCNTs/CY纱线电极,探究了浸泡次数对其形貌、导电性、电容性能的影响。测试表明,浸泡三次时,电极电容最大,棉纱表面基本被MWCNTs包覆,且没有严重堆叠,棉纱导电性明显提高。（2）为进一步提高电极的电容,采用化学氧化法在MWCNTs/CY表面沉积PPy,制备PPy/MWCNTs/CY纱线电极,探究PPy聚合条件对其形貌和电容性能的影响,测试...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电荷存储机理：(a)电化学双电层形成；(b)在接触附近的孔的极化表面上形成的还原CuCl层
天津工业大学硕士学位论文4生的额外赝电容，原理图如图1-2所示。图1-1电荷存储机理：(a)电化学双电层形成；(b)在接触附近的孔的极化表面上形成的还原CuCl层图1-2碳材料表面发生的双电层和氧化还原反应的原理图1.3超级电容器的分类超级电容器（SC）与传统电容器原理基本相同，但SC的电极材料具有更大的比表面积和更薄的介电层，这使得其比传统电容器有更高的电容和能量密度。SC可独立作为能量存储装置，又可通过恰当的结构设计与电池形成有效的互补的混合功能系统(如作为电动汽车的动力来源)[35]。而柔性固态超级电容器（FlexibleSupercapacitor，FSC）具有良好的柔性，并且避免了液体电解质的使用，更适合作为智能可穿戴纺织品的储能设备。根据不同的标准可以将FSC划分为不同的类型。
第一章绪论51.3.1按机理分类根据机理可以将FSC分为双电层电容器和赝电容器[36]。（1）双电层电容器双电层电容器是最先商业化的超级电容器。其机理是在双电层理论基础上发展而来的。1887年，Helmholz首先研究了电容器中的电荷存储机制，并提出了紧密双电层理论，理论模型如图1-3(a)所示。他将金属插入电解液，发现在固液界面由于静电作用，在金属表面会排布电荷相反稳定存在的双电层，由图可知，该双电层中电荷不断的进行热运动，在固液界面无法形成稳定的紧密层结构。根据Helmholz的紧密双电层理论中存在的弊端，Gouy和Chapman提出了分散层理论，理论模型如图1-3(b)所示，他们认为溶液中电荷是连续分布的。Stern在紧密双电层理论和分散层理论的基础上，提出了紧密扩散层理论，理论模型如图1-3(c)所示，他将双电层详细的划分为紧密层和扩散层。在近电极表面即紧密层与Helmholz的理论模型类似，扩散层与Gouy和Chapman提出的分散层理论类似。Stern理论更加完善，此后，随着人们研究的不断深入，双电层理论也日趋成熟。图1-3双电层理论模型[37]：(a)Helmhotz紧密双电层理论；(b)Gouy-Chapman分散层理论；(c)Stern紧密扩散层理论图1-4为EDLC的储能机理示意图，利用电极/电解液界面的双电层存储能量。当电极充电时，电场驱动电解液中的正、负离子分别快速的向两电极涌动，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于中性水凝胶/取向碳纳米管阵列高电压柔性固态超级电容器[J]. 巫梦丹,周胜林,叶安娜,王敏,张晓华,杨朝晖. 物理学报. 2019(10)
[2]超级电容器电解质研究进展[J]. 杨贺珍,冉奋. 材料导报. 2018(21)
[3]防电磁辐射聚吡咯/棉织物的制备及其性能[J]. 王利君,毛鹏丽. 纺织学报. 2018(09)
[4]柔性智能纺织品与功能纤维的融合[J]. 杨晨啸,李鹂. 纺织学报. 2018(05)
[5]吡咯浓度对聚吡咯涂层棉复合材料吸波性能的影响[J]. 刘元军,赵晓明. 材料科学与工艺. 2016(06)
[6]国内外智能制造研究热点与发展趋势[J]. 王友发,周献中. 中国科技论坛. 2016(04)
[7]聚吡咯吸波材料性能探讨[J]. 刘元军,赵晓明,拓晓,赵家琪,李锦芳,郭映雪. 成都纺织高等专科学校学报. 2015(04)
[8]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[9]超级电容器电解质研究进展[J]. 李作鹏,赵建国,温雅琼,李江,邢宝岩,郭永. 化工进展. 2012(08)
[10]聚合物电解质的发展及应用[J]. 李瑾. 上海电力学院学报. 2009(04)
博士论文
[1]细菌纤维素基柔性超级电容器电极的制备与性能研究[D]. 马丽娜.哈尔滨工业大学 2018
硕士论文
[1]一维织物纤维基电极材料的合成及电化学性能研究[D]. 金春.东华大学 2018
[2]静电纺微纳米纤维纱线在超级电容器中的应用[D]. 陈文翀.东华大学 2018
[3]泡沫镍纱线的制备及其在线状柔性电极中的应用研究[D]. 康超群.南京邮电大学 2017
[4]Ni（OH）2/石墨烯复合材料的制备及电容性能研究[D]. 石昕.天津大学 2017
[5]碳纳米管纱线基柔性固态超级电容器的制备及性能研究[D]. 吕晓明.华南理工大学 2017
[6]碳纳米材料及其复合材料的合成以及电化学电容性能研究[D]. 尹志雄.湖南大学 2016
[7]石墨烯/聚吡咯/棉纱线电极的制备及性能研究[D]. 王艺颖.东华大学 2016
[8]棉织物基聚吡咯/碳纳米管复合电极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 朱航悦.东华大学 2015
[9]聚吡咯/棉织物心电电极的制备和性能评价[D]. 段亚茹.东华大学 2014
[10]轨道车辆车载超级电容器储能系统评价指标及性能改进方法研究[D]. 金翠辰.大连交通大学 2014
本文编号：3212266
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电荷存储机理：(a)电化学双电层形成；(b)在接触附近的孔的极化表面上形成的还原CuCl层
天津工业大学硕士学位论文4生的额外赝电容，原理图如图1-2所示。图1-1电荷存储机理：(a)电化学双电层形成；(b)在接触附近的孔的极化表面上形成的还原CuCl层图1-2碳材料表面发生的双电层和氧化还原反应的原理图1.3超级电容器的分类超级电容器（SC）与传统电容器原理基本相同，但SC的电极材料具有更大的比表面积和更薄的介电层，这使得其比传统电容器有更高的电容和能量密度。SC可独立作为能量存储装置，又可通过恰当的结构设计与电池形成有效的互补的混合功能系统(如作为电动汽车的动力来源)[35]。而柔性固态超级电容器（FlexibleSupercapacitor，FSC）具有良好的柔性，并且避免了液体电解质的使用，更适合作为智能可穿戴纺织品的储能设备。根据不同的标准可以将FSC划分为不同的类型。
第一章绪论51.3.1按机理分类根据机理可以将FSC分为双电层电容器和赝电容器[36]。（1）双电层电容器双电层电容器是最先商业化的超级电容器。其机理是在双电层理论基础上发展而来的。1887年，Helmholz首先研究了电容器中的电荷存储机制，并提出了紧密双电层理论，理论模型如图1-3(a)所示。他将金属插入电解液，发现在固液界面由于静电作用，在金属表面会排布电荷相反稳定存在的双电层，由图可知，该双电层中电荷不断的进行热运动，在固液界面无法形成稳定的紧密层结构。根据Helmholz的紧密双电层理论中存在的弊端，Gouy和Chapman提出了分散层理论，理论模型如图1-3(b)所示，他们认为溶液中电荷是连续分布的。Stern在紧密双电层理论和分散层理论的基础上，提出了紧密扩散层理论，理论模型如图1-3(c)所示，他将双电层详细的划分为紧密层和扩散层。在近电极表面即紧密层与Helmholz的理论模型类似，扩散层与Gouy和Chapman提出的分散层理论类似。Stern理论更加完善，此后，随着人们研究的不断深入，双电层理论也日趋成熟。图1-3双电层理论模型[37]：(a)Helmhotz紧密双电层理论；(b)Gouy-Chapman分散层理论；(c)Stern紧密扩散层理论图1-4为EDLC的储能机理示意图，利用电极/电解液界面的双电层存储能量。当电极充电时，电场驱动电解液中的正、负离子分别快速的向两电极涌动，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于中性水凝胶/取向碳纳米管阵列高电压柔性固态超级电容器[J]. 巫梦丹,周胜林,叶安娜,王敏,张晓华,杨朝晖. 物理学报. 2019(10)
[2]超级电容器电解质研究进展[J]. 杨贺珍,冉奋. 材料导报. 2018(21)
[3]防电磁辐射聚吡咯/棉织物的制备及其性能[J]. 王利君,毛鹏丽. 纺织学报. 2018(09)
[4]柔性智能纺织品与功能纤维的融合[J]. 杨晨啸,李鹂. 纺织学报. 2018(05)
[5]吡咯浓度对聚吡咯涂层棉复合材料吸波性能的影响[J]. 刘元军,赵晓明. 材料科学与工艺. 2016(06)
[6]国内外智能制造研究热点与发展趋势[J]. 王友发,周献中. 中国科技论坛. 2016(04)
[7]聚吡咯吸波材料性能探讨[J]. 刘元军,赵晓明,拓晓,赵家琪,李锦芳,郭映雪. 成都纺织高等专科学校学报. 2015(04)
[8]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[9]超级电容器电解质研究进展[J]. 李作鹏,赵建国,温雅琼,李江,邢宝岩,郭永. 化工进展. 2012(08)
[10]聚合物电解质的发展及应用[J]. 李瑾. 上海电力学院学报. 2009(04)
博士论文
[1]细菌纤维素基柔性超级电容器电极的制备与性能研究[D]. 马丽娜.哈尔滨工业大学 2018
硕士论文
[1]一维织物纤维基电极材料的合成及电化学性能研究[D]. 金春.东华大学 2018
[2]静电纺微纳米纤维纱线在超级电容器中的应用[D]. 陈文翀.东华大学 2018
[3]泡沫镍纱线的制备及其在线状柔性电极中的应用研究[D]. 康超群.南京邮电大学 2017
[4]Ni（OH）2/石墨烯复合材料的制备及电容性能研究[D]. 石昕.天津大学 2017
[5]碳纳米管纱线基柔性固态超级电容器的制备及性能研究[D]. 吕晓明.华南理工大学 2017
[6]碳纳米材料及其复合材料的合成以及电化学电容性能研究[D]. 尹志雄.湖南大学 2016
[7]石墨烯/聚吡咯/棉纱线电极的制备及性能研究[D]. 王艺颖.东华大学 2016
[8]棉织物基聚吡咯/碳纳米管复合电极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 朱航悦.东华大学 2015
[9]聚吡咯/棉织物心电电极的制备和性能评价[D]. 段亚茹.东华大学 2014
[10]轨道车辆车载超级电容器储能系统评价指标及性能改进方法研究[D]. 金翠辰.大连交通大学 2014
本文编号：3212266
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