【摘要】：柔性超級電容器是一種新型的能源存儲設(shè)備,這種柔性電子設(shè)備不僅具有傳統(tǒng)電容器的基本特性,而且其活性材料擁有高柔性,高的輸出功率,長循環(huán)壽命,質(zhì)輕以及低阻抗的優(yōu)點。本文主要利用靜電紡絲技術(shù)制備金屬或金屬氧化物/碳納米復(fù)合材料纖維膜,并且將兩者和采用酸化處理金屬氧化物/碳納米纖維復(fù)合材料膜后再摻雜聚苯胺的復(fù)合膜材料直接作為柔性電極材料并進行全固態(tài)電容器的組裝。采用FTIR、XRD、Raman、XPS、SEM、TEM和電化學(xué)工作站等對這些復(fù)合材料進行形貌結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和電化學(xué)性能表征。首先,本文采用含乙酸銅的聚丙烯腈(PAN)DMF溶液,通過靜電紡絲法制備PAN/Cu(OAc)2納米纖維膜,然后全程在高純氮下通過管式爐穩(wěn)定、碳化,燒結(jié)成銅/碳納米纖維(Cu/CNFs)復(fù)合材料膜。實驗發(fā)現(xiàn),碳納米纖維復(fù)合材料是由眾多連續(xù)的納米纖維組成,并且有許多納米顆粒比較均勻地分布在碳纖維的表面以及內(nèi)部,且經(jīng)過高溫處理的纖維膜無纖維斷裂、累積以及顆粒堆疊現(xiàn)象。Cu/CNFs復(fù)合材料膜具有優(yōu)異的機械柔性,可反復(fù)折疊。鹽濃度為30 wt%、碳化過程以升溫速率為1 ℃/min、碳化溫度為800℃煅燒4 h時制備的碳納米纖維復(fù)合材料電極在1 A·g-1的電流密度時,比電容達608 F·g--1,1000次恒流充放電后比電容保留率為75.7%。所制備的對稱式全固態(tài)超級電容器在電流密度為0.4mA·cm-2時擁有最大面積比電容176 mF·cm-2;最大面積功率密度和面積能量密度分別為0.56mW·cm-2和82 μWh·cm-2。其次,采用上述電紡纖維膜進行預(yù)氧化-碳化燒結(jié),燒結(jié)成氧化銅/碳納米纖維(CuO/CNFs)復(fù)合材料膜。預(yù)氧化參數(shù)為260℃保溫90min,碳化參數(shù)為 700℃保溫2 h時,制備出·的CuO/CNFs復(fù)合材料纖維直徑在(200～300)nm之間。所制備的CuO/CNFs復(fù)合材料膜具有優(yōu)異的機械柔性,可反復(fù)折疊。在1 A·g-1的電流密度下,比電容高達684 F·g-1。經(jīng)過1000次循環(huán)充放電測試后比電容依然有489 F·g-1,比電容保持率為71.5%。所制備的不對稱全固態(tài)超級電容器在電流密度為0.4 mA·cm-2時擁有最大面積比電容80.4mF·cm2;最大面積能量密度和功率密度分別為16.1 μWh cm-2和0.9mW·cm-2。最后,采用酸處理CuO/CNFs復(fù)合材料膜得到ACNFs,再將所得到的復(fù)合材料膜負(fù)載聚苯胺制備出ACNFs@PANI復(fù)合材料膜。所制備的復(fù)合材料膜具有優(yōu)異的機械柔性,可反復(fù)折疊,在1A·g-1的電流密度下,比電容高達857 F·g-1。經(jīng)過1000次循環(huán)后比電容依然有652 F·g-1,比電容保持率為76.1%,比未處理前上升了 7.1%,具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性。所制備的不對稱全固態(tài)超級電容器在電流密度為0.4 mA·cm-2時擁有最大面積比電容80.6 mF·cm2。最大面積功率密度為1.1 mW·cm-2時,最大面積能量密度25.2μWh·cm-2,電荷轉(zhuǎn)移阻抗較小,綜合電化學(xué)性能良好。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2;TM53
【圖文】：

電的能源存儲裝置。而采用Ｒｕ０２等貴金屬氧化物與ＰＰｙ等導(dǎo)電高分子聚合物作電極逡逑的贗電容器就是打開的另一扇門，它們是在氧化物電極表面或內(nèi)部的二維或準(zhǔn)二維空間逡逑發(fā)生的氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生的吸附電容。贗電容器充電原理如圖１．１邋（ａ）所示，它的反逡逑應(yīng)機理和電池反應(yīng)相似，在電極面積相等時，它的電容量是雙電層電容的幾十倍甚至上逡逑百倍；可逆的氧化還原反應(yīng)也可以構(gòu)成超級電容器的基礎(chǔ)。逡逑１．１．２．１基于過渡金屬氧化物或硫化物的贗電容器逡逑在超級電容器的電極材料中，由于金屬氧化物作為超級電容器電極材料比電容高、逡逑阻抗值低并且功率密度高，故其己成為一些科研工作者們公認(rèn)的首選電極材料之一，而逡逑這種擁有優(yōu)異的電化學(xué)性能的電極材料在商業(yè)應(yīng)用上的前景也非常廣闊＠—２９］。綜合許多逡逑對于金屬氧化物的研宄結(jié)果，表明金屬氧化物對于在超級電容器的應(yīng)用中應(yīng)具有一定的逡逑要求：它首先應(yīng)該具有導(dǎo)電性；其次是在一個物質(zhì)無相變化的連續(xù)范圍中，金屬氧化物逡逑應(yīng)存在兩個或兩個以上可以共存的價態(tài)；再者，金屬氧化物應(yīng)該在進行氧化還原反應(yīng)時逡逑能夠擁有可供質(zhì)子插入或脫去的晶格空間，從而可以進行0２與0Ｈ＿之間的轉(zhuǎn)換目逡逑前為止

碩士學(xué)位論文逡逑封裝材料等組成。其中柔性電極的制備和固態(tài)電解質(zhì)的配置對組裝固態(tài)超級電容器至關(guān)逡逑重要。圖１．２為柔性固態(tài)超級電容器組裝示意圖。逡逑一邐Ｐｌａｓｔｉｃｐａｃｋａｓｅ逡逑ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ＾．邐Ｆｌｅｘｉｂｌｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ逡逑ａｎｄ邋ｓｅｐａｒａｔｏｒ逡逑圖１．２柔性固態(tài)超級電容器結(jié)構(gòu)示意圖逡逑１．３金屬氧化物－氧化銅逡逑因為大部分金屬氧化物的導(dǎo)電性較差故而限制了它作為超級電容器電極的實際應(yīng)逡逑用。因此通常會將金屬氧化物材料和高導(dǎo)電性的材料結(jié)合使用，取長補短，從而提高復(fù)逡逑合材料的導(dǎo)電性能，同時提高金屬氧化物基復(fù)合材料電極的比電容和其循環(huán)穩(wěn)定性。常逡逑見的過渡金屬氧化物電極材料有Ｒｕ0２、Ｍｎ0２、ＮｉＯ、Ｔｉ0２、ＺｎＯ、Ｆｅ２0３等，而這些金逡逑屬氧化物均展現(xiàn)了優(yōu)異的贗電容性能。ＣｕＯ也屬于過渡族金屬氧化物，獨特的物理化逡逑學(xué)性質(zhì)使其在柔性復(fù)合電極材料和柔性固態(tài)超級電容器組裝上備受關(guān)注。逡逑Ｓｈｉｎｄｅ等人Ｋ６］先通過簡單、經(jīng)濟有效的化學(xué)法分別合成ＣｕＯ與Ｆｅ２0３薄膜，組裝逡逑成不對稱柔性ＣｕＯ／Ｆｅ２0３固態(tài)超級電容器，最大電位窗口為２．０Ｖ，并且在２ｍＡ＿ｃｎＴ２逡逑的大電流密度下，擁有較高比電容７９邋Ｆ＇ｇ＇１，最大能量密度和功率密度分別為２３邋Ｗｌｖｋｇ－１逡逑和１９邋ｋＷｌｒｋｇ＇說明所制備柔性固態(tài)超級電容器有非常優(yōu)異的電化學(xué)性能

２．３結(jié)果與討論逡逑２．３．１柔幵性分析逡逑圖２．１為所煅燒的納米纖維復(fù)合材料膜有在不同的升溫速率和鹽濃度展示出不同的逡逑柔韌性。運用正交試驗和控制變量的方法，探宄升溫速率的變化（０．５、１、２、３、５和７邋°Ｃ逡逑／ｍｉｎ）和鹽濃度的不同（１０％、２０％、３０％和４０％）對納米纖維復(fù)合材料膜柔幵性質(zhì)的逡逑影響。實驗結(jié)果表明，在管式爐加熱速率為７、５和３邋°Ｃ／ｍｉｎ時所燒結(jié)的納米纖維碳化逡逑膜可以彎曲，但不可以折疊甚至多次折疊，如圖（ａ—ｂ）和（ａ—ｃ）。隨著加熱速率的減小，逡逑煅燒后的納米纖維膜材料膜表現(xiàn)出的性能比之前更好。而且，在升溫速率為０．５、１和２邋°Ｃ逡逑／ｍｉｎ時，所制備的納米纖維復(fù)合材料膜可以折疊多次，甚至經(jīng)無數(shù)次的折疊，膜不會破逡逑裂亦不會有折痕，表現(xiàn)出優(yōu)異的特性，如圖２．１邋（ａ—ｄ），并且經(jīng)過無數(shù)次折疊展^u后如逡逑圖（ｇ）所示。綜上，隨升溫速率的降低，膜表現(xiàn)出更加突出的柔韌性，這是因為在低逡逑的加熱速率下膜的纖維結(jié)構(gòu)保持的更完整。另外

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王蕾;;伊朗讓紙變成“超級電容器” 可快速充放電[J];新能源經(jīng)貿(mào)觀察;2018年12期

2 ;中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院石墨烯基超級電容器研制成功[J];中國建材資訊;2017年04期

3 擺玉龍;;超級電容器電極材料的研究進展[J];新疆化工;2011年03期

4 林曠野;劉文;陳雪峰;;超級電容器隔膜及其研究進展[J];中國造紙;2018年12期

5 程錦;;超級電容器及其電極材料研究進展[J];電池工業(yè);2018年05期

6 曾進輝;段斌;劉秋宏;蔡希晨;吳費祥;趙盼瑤;;超級電容器參數(shù)測試與特性研究[J];電子產(chǎn)品世界;2018年12期

7 劉永坤;姚菊明;盧秋玲;黃錚;江國華;;碳纖維基柔性超級電容器電極材料的應(yīng)用進展[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2019年01期

8 季辰辰;米紅宇;楊生春;;超級電容器在器件設(shè)計以及材料合成的研究進展[J];科學(xué)通報;2019年01期

9 余凡;熊芯;李艾華;胡思前;朱天容;劉蕓;;金屬-有機框架作為超級電容器電極材料研究的綜合性實驗設(shè)計[J];化學(xué)教育(中英文);2019年02期

10 鄭超;李林艷;陳雪丹;于學(xué)文;顧應(yīng)展;吳奕環(huán);丁升;潘國林;周洲;劉秋香;陳寬;袁峻;楊斌;喬志軍;傅冠生;阮殿波;;超級電容器百篇論文點評(2017.7.1—2017.12.15)[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2018年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 代杰;汪匯源;譚X>予;隋剛;楊小平;;二硫化鉬/中空碳球復(fù)合材料的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會2017全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會摘要集——主題I：能源高分子[C];2017年

2 時志強;;開啟電力能量儲存與利用的新時代?——超級電容器技術(shù)與應(yīng)用進展[A];2018電力電工裝備暨新能源應(yīng)用技術(shù)發(fā)展論壇報告集[C];2018年

3 馬衍偉;張熊;孫現(xiàn)眾;王凱;;高性能超級電容器及其電極材料的研究[A];第三屆全國儲能科學(xué)與技術(shù)大會摘要集[C];2016年

4 邱介山;于暢;楊卷;;超級電容器用功能二維納米碳材料的合成及功能化[A];第三屆全國儲能科學(xué)與技術(shù)大會摘要集[C];2016年

5 孟月娜;武四新;;高倍率性的碳納米管基柔性超級電容器電極[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第二十九分會：電化學(xué)材料[C];2016年

6 潘偉;薛冬峰;;鐵基超級電容器[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第四十二分會：能源納米材料物理化學(xué)[C];2016年

7 王凱;張熊;孫現(xiàn)眾;馬衍偉;;柔性固態(tài)超級電容器:從材料設(shè)計到器件制備[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第四十一分會：納米材料與器件[C];2016年

8 婁正;沈國震;;柔性芯片超級電容器的設(shè)計及其在傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第四十一分會：納米材料與器件[C];2016年

9 高書燕;萬歲閣;魏先軍;;自組裝法制備超親水氮摻雜碳凝膠超級電容器電極材料[A];第七屆全國物理無機化學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2016年

10 張曉芳;張偉;盧燦輝;;基于納米纖維素的N-摻雜碳質(zhì)氣凝膠超級電容器的制備及應(yīng)用研究[A];2016年全國高分子材料科學(xué)與工程研討會論文摘要集[C];2016年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 山科;煤基電容炭有望規(guī)�；a(chǎn)[N];中國化工報;2014年

2 實習(xí)生 邱銳;碳納米管超級電容器問世[N];中國科學(xué)報;2012年

3 記者 來蒞;中國超級電容器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)國際論壇在北海舉行[N];北海日報;2019年

4 本報記者 李東慧;我市將建超級電容器研發(fā)中心 多個住宅項目堅持新中式風(fēng)貌[N];洛陽日報;2018年

5 湖北 朱少華 編譯;一款雙向DC/DC穩(wěn)壓器和超級電容器充電器電路[N];電子報;2017年

6 記者 楊紅衛(wèi);河南瑞貝卡集團與天一航天科技公司超級電容器項目合作簽約儀式舉行[N];許昌日報;2017年

7 記者 夏文燕 通訊員 代成;超級電容器有望得到廣泛應(yīng)用[N];江蘇科技報;2016年

8 見習(xí)記者 白明琴;超級電容器市場趨熱[N];中國電力報;2016年

9 楊德印 摘編;超級電容器簡介[N];電子報;2016年

10 西江日報記者 劉亮 實習(xí)生 賴映平;超級電容器1分鐘可完成充電[N];西江日報;2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王雪兆;鈷基超級電容器電極材料微納結(jié)構(gòu)調(diào)控及其電化學(xué)性能研究[D];鄭州大學(xué);2018年

2 王廣寧;多酸基配位聚合物超級電容器電極材料的制備及性能研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2018年

3 馬麗娜;細菌纖維素基柔性超級電容器電極的制備與性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

4 歐陽田;碳材料的鹽輔助制備及其超級電容性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

5 許峰;溶膠法制備新型三維碳材料及其超級電容器性能調(diào)控研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2018年

6 王志奎;基于聚乙烯醇的自修復(fù)超級電容器結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

7 李灣灣;高強度聚苯胺導(dǎo)電水凝膠的設(shè)計及其在柔性超級電容器中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

8 董留兵;3D碳網(wǎng)絡(luò)/高載量活性物質(zhì)復(fù)合柔性電極及其超電容性能[D];清華大學(xué);2017年

9 郭鳳梅;碳納米管宏觀體在能源及傳感領(lǐng)域的應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2016年

10 張效敏;離子液體膜在酸性氣體分離與柔性超級電容器中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];南京大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 甘正洋;石墨烯與導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的制備以及在超級電容器方面的應(yīng)用[D];江蘇科技大學(xué);2018年

2 屈志超;三聚氰胺碳泡沫及其復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能的研究[D];江蘇科技大學(xué);2018年

3 劉慧麗;鎳鋁雙氫氧化物及其復(fù)合材料的制備和超級電容器性能研究[D];江蘇科技大學(xué);2018年

4 陳瑩;酚醛樹脂制備活性碳材料于超級電容器電極材料的應(yīng)用[D];華中科技大學(xué);2017年

5 史超;用于超級電容器新型碳材料的研究[D];華中科技大學(xué);2017年

6 侯蘇城;NiO/MoO_x復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的制備及其超級電容器性能研究[D];湖南大學(xué);2015年

7 楊惠玲;高比能新型超級電容器微納結(jié)構(gòu)電極材料的可控構(gòu)筑與電化學(xué)性能[D];華中科技大學(xué);2017年

8 闞加瑞;過渡金屬氧化物基復(fù)合材料的制備及電化學(xué)儲能性質(zhì)研究[D];江蘇大學(xué);2018年

9 張麗童;高性能超級電容多孔碳的制備及應(yīng)用[D];浙江師范大學(xué);2018年

10 萬黎明;基于磷酸根離子功能化改性氧化鈷正極的非對稱超級電容器的設(shè)計構(gòu)筑[D];南京理工大學(xué);2018年

本文編號：2778951