新型石墨烯电极材料制备及其柔性超级电容器性能研究

发布时间：2021-01-11 23:30

　　可穿戴电子设备的日益普及使柔性储能设备成为了关注点之一。其中,柔性超级电容器因独特的储能性质、出色的稳定性及安全环保等特征成为了可穿戴电子设备理想的储能器件。柔性超级电容器的器件结构和电极材料是影响其使用效果的两个重要因素。对于可穿戴电子设备的常见类型而言,纤维状和平面型柔性超级电容器展现出较高的研究和应用价值。而在电极材料中,石墨烯因其比表面积大和导电性好等特点成为了超级电容器领域的热点材料,其中,还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide,RGO）因在制备成本、产量与产率方面具有突出优势及其前驱体氧化石墨烯（graphene oxide,GO）易于改性与加工等特点而非常适用于柔性超级电容器电极材料的研究与制备。基于此,本论文以可穿戴电子设备的柔性储能器件为应用背景,围绕纤维状和平面型两种器件结构,开展了高性能RGO电极材料与柔性超级电容器的研究,具体内容分为以下五部分:（1）通过浸渍和低温气相还原过程制备出RGO和碳纳米颗粒（carbon nanoparticles,CNPs）包覆的棉线电极（CNPs/RGO-CT）并组装为纤维状柔性超级电容器。研究表明,RGO通... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-3双电层电容器。(a)Helmholtz、Gouy-Chapman和Stern双电层模型[52];(b)EDLC的充电和放电过程[53]

不同于EDLC,pseudo-capacitor是通过电极表面的法拉第氧化还原反应或材料体相内离子的快速嵌入/脱嵌过程来进行能量的储存和释放(见图1-4[53])。当电极表面发生法拉第氧化还原反应时,活性材料的价态和化学性质将发生变化,因而表现为较EDLC更高的比电容和能量密度、更长的充电时间、更低的功率密度及更差的循环稳定性。另一种赝电容是通过阳离子(如Li+、Na+、K+和H+)在材料体相内的快速嵌入/脱嵌过程产生的,该过程既有锂离子电池电荷储存发生于材料体相内部的特点又有超级电容器电荷储存不受扩散限制的优点,因此,该类型的pseudo-capacitor更有望兼具优异的能量和功率性能。目前,研究较多的赝电容材料体系包括金属氧化物(如Ru O2·H2O、IrO2·H2O、MnO2·H2O、V2O5、NiO、Co3O4、Sn O2、Fe2O3、H2Ti6O13和Nb2O5等)、金属氢氧化物(如Co(OH)2和Ni(OH)2等)及导电聚合物(如polyacetylene、PPy、PANI和PEDOT等),这些材料体系可通过结构设计、晶相调控和多元复合等策略发挥优异的赝电容性能。图1-4赝电容器。(a)负极表面的法拉第氧化还原反应;(b)阳离子在负极材料体相内的快速嵌入/脱嵌过程[53]

赝电容器。(a)负极表面的法拉第氧化还原反应;(b)阳离子在负极材料体相内的快速嵌入/脱嵌过程[53]


本文编号：2971683