【摘 要】
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可穿戴电子产品的快速发展对超级电容器提出了挑战性的要求,需要其具备储能大、充放电快速、质量轻、厚度薄和柔性好等特征。近年来,为了提高超级电容器电化学性能、力学性能和应用性,一体化柔性超级电容器的概念及设计引起了广泛的关注。对此,本论文以具有高导电、高活性、高密度和高亲水性等特性的MXene材料来开发高性能柔性薄膜电极。通过在MXene薄膜层间嵌入碳纳米管/金属氧化物复合物,阻止MXene纳米片的过
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可穿戴电子产品的快速发展对超级电容器提出了挑战性的要求,需要其具备储能大、充放电快速、质量轻、厚度薄和柔性好等特征。近年来,为了提高超级电容器电化学性能、力学性能和应用性,一体化柔性超级电容器的概念及设计引起了广泛的关注。对此,本论文以具有高导电、高活性、高密度和高亲水性等特性的MXene材料来开发高性能柔性薄膜电极。通过在MXene薄膜层间嵌入碳纳米管/金属氧化物复合物,阻止MXene纳米片的过度堆叠,同时构建三维纳米多孔电极结构,增大离子可及的活性表面,构筑离子快速扩散通道。利用MXene和碳纳米管构建复合导电网络,确保引入金属氧化物后电极仍具有高导电性,实现金属氧化物的赝电容性能和MXene电容性能协同发挥。本论文也进一步开发和完善了一种新型真空抽滤辅助层层组装策略,实现MXene基一体化柔性超级电容器的制备。本论文主要内容如下:（1）利用水热合成方法在碳纳米管（CNT）上原位生长MnO2纳米片层,制备出CNT@MnO2复合物。通过真空抽滤,将CNT@MnO2复合物作为间隔物嵌入MXene薄膜的纳米片层间,得到MXene/CNT@MnO2复合薄膜电极。该薄膜电极具有三维多孔结构,从而形成了高效快速的离子扩散通道,增大了离子可及活性表面,改善了电极的导电性能。将MXene/CNT@MnO2、纳米微晶纤维素（NCC）和MXene/CNT@MnO2的溶液依次真空抽滤和组装,制备出了一体化柔性超级电容器。经测试,MXene/CNT@MnO2复合薄膜电极显示了优异的电容性能（221F/g）、循环稳定性和柔性。由MXene/CNT@MnO2复合薄膜电极组装的对称型一体化柔性超级电容器功率密度为0.5W/cm~3时,最大能量密度为24.5m Wh/cm~3。（2）利用溶液合成方法在CNT上原位生长FeOOH,经进一步高温退火后得到CNT@Fe2O3复合物。运用真空抽滤方法,使CNT@Fe2O3复合物嵌入MXene薄膜的纳米片层间,合成出MXene/CNT@Fe2O3复合薄膜电极。利用真空抽滤辅助层层组装策略,依次抽滤MXene/CNT@Fe2O3、NCC和MXene/CNT@Fe2O3溶液,制备出对称型一体化柔性超级电容器。该复合薄膜电极及超级电容器具有优异的电化学性能和柔性。MXene/CNT@Fe2O3复合薄膜电极的最高比电容可达到487.5F/g。一体化柔性超级电容器的最大功率密度和能量密度分别为696.8m W/cm~3和5.3mwh/cm~3。
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