一种基于PPY/GO膜电极的柔性超级电容器研究

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未来的发展趋向于柔性能量和显示装置,并用于可穿戴电子、电子报纸、手腕移动电话、弯曲屏幕和其他柔性小工具的新兴领域。然而设计能够实现具有长循环稳定性的高能量和功率输送的高效、柔性的能量存储系统仍然是一个挑战。柔性超级电容器,与其他能量存储系统相比,在各个性能方面都具有一定的优势,而且可以方便的集成在不同的柔性器件之中,这对柔性电子领域的发展有着很大的推动作用。其中,石墨烯(GO),有着很好的弹性和电子特征,是一种结构非常稳定的电极材料。导电聚合物聚吡咯(PPy)的合成工艺简单、成本较低、柔性好、具有可逆的氧化还原特性,是理想的导电材料。另外具有高电导率、宽电化学稳定窗口的电解质也是提高柔性超级电容器性能的关键。而聚乙烯醇(PVA),具有很好的成膜性和稳定性,以PVA为基底制备的凝胶聚合物电解质,具有较高的离子电导率和优良的电化学性能,因此备受关注。本文从柔性超级电容器的制备角度出发,研究了在柔性基底—轻质聚氯乙烯(PVC)上电极结构的制备,结合Ansys仿真软件,对柔性电极进行电场和容值的仿真,并对柔性超级电容器的两个关键部分,膜电极功能材料以及电解质进行了改性研究。将PPy与石墨烯进行掺杂结合,制备复合电极材料,研究其性能参数。并制备了一种新型的PVA-KOH-KSCN-EG凝胶聚合物电解质,在最佳配比下测得其电导率为1.61×10-2S/cm。并从提高其电导率和电化学稳定窗口的角度进行研究,探究了其与电极的相容性,以此来提高柔性超级电容器的性能。最后将制备的膜电极及凝胶聚合物电解质进行组装,制得柔性超级电容器样品,并对它们的循环伏安特性、阻抗特性、充放电特性、自放电特性、功率特性、温度特性进行了测试和分析。其中最佳配比下制备的柔性超级电容器样品的本征电阻为1.5Ω;比电容达到了27.4mF/cm2;电压保持率为87%;能量密度和功率密度分别为0.038Wh/m2、13.7W/m2,并且在-30℃60℃的温度范围内都能保持较好的性能。
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