【摘 要】
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随着化石能源逐渐耗尽、地球环境日渐恶化,人们急需发展环保且可持续的新能源及相应的能量存储设备。超级电容器因具有功率密度高、工作寿命长等优势,在储能设备中占有不可替代的地位。随着便携式电子设备的飞速发展,柔性可穿戴超级电容器在便携式设备的储能领域具有极大的应用前景。如何使超级电容器同时具有良好的柔性和储能性能,是目前研究中亟需解决的问题。发展柔性超级电容器的关键在于柔性电极的制备,本论文选择廉价、易
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随着化石能源逐渐耗尽、地球环境日渐恶化,人们急需发展环保且可持续的新能源及相应的能量存储设备。超级电容器因具有功率密度高、工作寿命长等优势,在储能设备中占有不可替代的地位。随着便携式电子设备的飞速发展,柔性可穿戴超级电容器在便携式设备的储能领域具有极大的应用前景。如何使超级电容器同时具有良好的柔性和储能性能,是目前研究中亟需解决的问题。发展柔性超级电容器的关键在于柔性电极的制备,本论文选择廉价、易得的日常聚酯织物作为柔性基底,通过负载石墨烯使其转变为导电织物,再在织物上电化学沉积聚苯胺以提升其储能性能,并研究聚苯胺的比例对织物电极结构与性能的影响规律,从而发展了一种制备同时具有良好柔性和储能性能的电极的方法。具体研究内容如下:（1）基于聚苯胺/液相剥离石墨烯复合材料的聚酯织物超级电容器:以石墨粉为原料,采用有机溶剂N-甲基吡咯烷酮在超声条件下对其进行液相剥离以制备石墨烯墨水,通过选择合适石墨粉粒径、增大石墨分散液初始浓度和延长超声时间对石墨烯墨水进行优化,制备出浓度高达6.51 mg/m L的石墨烯墨水;将聚酯织物在石墨烯墨水中反复“浸泡-干燥”,制备出导电石墨烯聚酯织物（GPT）;再在GPT表面电化学沉积聚苯胺,通过调控聚苯胺的质量比例,制备出具有良好储能性能的PANI/GPT电极。当电流密度为1 A/g时,PANI/GPT的质量比电容达到646.25 F/g;当电流密度为10 A/g时,其质量比电容仍能保持427.25 F/g;且在1m A/cm~2时面积比电容可达243.88 m F/cm~2。将PANI/GPT组装成对称超级电容器,在1 A/g的电流密度下,电极的比电容达到590.00 F/g。超级电容器具有良好的循环稳定性,在循环5,000次后,比电容仍能保持75.55%。同时器件还具有优异的柔性,可从0°弯曲至180°,反复弯曲循环5,000次后,比电容仍能保持95.10%。（2）基于聚苯胺/还原氧化石墨烯复合材料的聚酯织物超级电容器:采用改良的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）分散液,将聚酯织物在GO分散液中反复“浸泡-干燥”制备出GO涂层聚酯织物,通过还原剂对其还原以制备还原氧化石墨烯聚酯织物（RPT）,重点研究不同还原剂和还原时间对RPT结构和导电性的影响规律。结果表明,通过HI溶液还原12小时制备出的RPT具有较高导电性且其表层RGO与织物结合良好。在RPT表面电化学沉积聚苯胺并调控聚苯胺的质量比例,制备出具有优异储能性能的PANI/RPT电极。当电流密度为1 A/g时,PANI/RPT织物电极的质量比电容达到888.50 F/g,当电流密度为10 A/g时,其质量比电容仍能保持500.25 F/g,且在1 m A/cm~2时面积比电容可达310.38 m F/cm~2。将PANI/RPT组装成对称超级电容器,器件不仅具有良好的储能性能,而且具有较好的循环稳定性,在循环10,000次后,比电容仍能保持83.57%。同时器件还具有优异的柔性,可从0°弯曲至180°,且反复弯曲循环10,000次后,比电容仍能保持92.18%。综上所述,本文以聚酯织物为基底,通过不同方法在其表面负载石墨烯并电化学沉积聚苯胺,制备同时具有良好柔性和储能性能的织物复合电极,解决了超级电容器需同时具有良好柔性和储能性能的问题。此方法易推广,在可穿戴设备的储能领域具有较大应用潜力。
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