石墨烯纤维的改性及在超级电容器中的应用

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随着智能服装、电子皮肤等柔性电子产品的出现,柔性电子设备逐步成为电子器件的发展趋势。为了满足实际应用,在柔性电子产品中占有重要位置的柔性电源需要具备良好的电化学性能以及轻便、可穿戴等优点。柔性纤维超级电容器的功率密度高、循环寿命长而且可编织,是一种有前景的储能器件。石墨烯纤维良好的电化学性能和力学性能使其成为制备柔性纤维超级电容器理想的电极材料之一。但是,纯石墨烯纤维尽管具有良好的柔韧性,但其电容量不高,因而还达不到储能器件的要求。因此,为提高其电容量,本文首先讨论了不同还原方法对纤维结构及性能的影响,接着对石墨烯纤维进行了辐照接枝银粒子和PEDOT掺杂等修饰,所得到的纤维在电化学和电容性能方面均有提高。通过研究得到如下结论:1. 通过改进Hummers法制备了高度可溶的氧化石墨烯,然后湿法纺丝制备了氧化石墨烯纤维,对所得氧化石墨烯纤维采取化学还原、热还原、激光还原、辐照还原等还原方法,通过比较还原后纤维的性能,得到辐照还原是最有效的还原方法。2. 通过辐照接枝的方法制备了RGO-Ag纤维。银掺杂有效的提高了纤维的电容性能、热稳定性以及力学性能。纤维拉伸强度达到223 MPa,残碳率为85.4 wt%。将RGO-Ag纤维组装成超级电容器,其比电容为154.6 F/cm~3,几乎是RGO FSC的20倍。3. 通过化学氧化聚合制备PEDOT:PSS溶液,然后和氧化石墨烯分散液进行不同比例的掺杂,接着湿法纺丝制备不同比例的RGO/PEDOT:PSS复合纤维,最后组装成超级电容器。PEDOT的掺杂不仅可以提高其电化学性能,还可以提高其力学性能和热稳定性。当掺杂比为97:3的时候,其协同效应最佳。
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