论文部分内容阅读
随着可穿戴电子设备如柔性屏幕和便携式设备的流行和普及,需要越来越多的可穿戴式存储设备,尤其是柔性超级电容器(SCs)。除了最基础的柔性和便携性,柔性超级电容器在军事和公共穿戴应用要求其具有大容量、高充放电效率和高稳定性。在各种柔性衬底中,织物基底具有很多优点如具有大比表面积、弹性、优异的拉伸能力等,因此它可以广泛集成到可穿戴系统中。本论文主要研究基于双电层材料的柔性超级电容器电极及其应用,主要研究内容如下:1.通过多次的喷涂过程,在柔性织物基底上制作石墨烯/碳纳米管(rGO/CNTs)复合薄膜电极材料。用扫描电镜(SEM)分析对比了所制备电极的形貌特征,用循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试(GVD)和电化学阻抗谱(EIS)分析了电极材料的电化学性能。在0.1 A/g的电流密度下,rGO/CNTs复合电极的比电容(C_g)约可以达到288 F/g,这是纯的rGO或者CNTs的比电容的近10倍。2.用化学直接氧化法聚合得到聚吡咯(PPy)制备得到rGO/CNTs/PPy复合电极材料并探究各性能参数对rGO/CNTs/PPy复合薄膜电化学性能的影响:在0.1 A/g电流密度时,最优rGO/CNTs/PPy复合薄膜电极的比电容为378.3 F/g,且在弯曲后仍能保持良好性能。这是因为,掺杂改性的聚吡咯球形颗粒间连接紧密形成一种无定形结构的导电聚合物,这种微观3D结构形成了一个相互连通的导电网络,传递载流子,在层内充分发挥着导电性能。3.选择简单并且可控的气相聚合工艺制备聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT),系统研究各实验条件,寻找最佳工艺参数。对复合薄膜进行扫描电镜(SEM)表征其表面形貌,并使用X射线能谱仪(EDS)和X射线衍射谱(XRD)分析其元素组成。结果表明,工艺条件对rGO/CNTs/PEDOT纳米复合薄膜的性能影响较大:当聚合时间为3h,温度为30℃时,制备的纳米复合薄膜表面呈现微孔结构,这些三维结构方便了电解液离子的进出,增加复合薄膜的比表面积。由性能测试而计算出得rGO/CNTs/PEDOT复合薄膜的比电容为492 F/g。为了进一步评价rGO/CNTs/PEDOT复合电极在实际应用中的表现,将柔性电极材料与聚乙烯醇(PVA)/磷酸凝胶电解质组装成柔性固态超级电容器,在1V的循环电压下,它的能量密度高达22.8 mWh/g,并且在90°弯曲角度下可保持初始值的98%的电容量。