便攜式、可穿戴設(shè)備的快速發(fā)展,柔性超級電容器因體積小,充電時間短、功率密度高、循環(huán)穩(wěn)定性強(qiáng)、綠色友好等優(yōu)點(diǎn)備受青睞。石墨烯具有優(yōu)異的電/熱導(dǎo)率、柔韌性和穩(wěn)定性,聚苯胺（PANI）作為導(dǎo)電聚合物,具有易加工性和良好的電化學(xué)活性,融合二者優(yōu)點(diǎn)的石墨烯/PANI復(fù)合材料既有優(yōu)異的柔性/形變性能,又可以保持優(yōu)異的電化學(xué)性能,成為當(dāng)前研究最活躍的柔性電極候選材料之一。本文主要包括以下三部分:一、柔性石墨烯/聚苯胺紙的簡易制備及電化學(xué)性能研究:利用簡單的機(jī)械混合、真空抽濾法,通過調(diào)節(jié)氧化石墨烯（GO）前驅(qū)體和苯胺單體的質(zhì)量比,在GO片層間低溫原位聚合聚苯胺,經(jīng)氫碘酸蒸汽還原后,得到自支撐柔性石墨烯/聚苯胺復(fù)合紙（簡稱rGP）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)GO:An=3:1（質(zhì)量比）時,柔性電極的質(zhì)量、面積比電容分別達(dá)到493 F/g、692.8 mF/cm²,經(jīng)過10000次循環(huán)后,電容保持率約為82%,并且真空抽濾法簡單可控,可適用于大規(guī)模生產(chǎn)。二、柔性多孔石墨烯/聚苯胺紙的制備及電化學(xué)性能研究:采用H₂O₂對GO納米片進(jìn)行面內(nèi)打孔,得到多孔... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1雙電層電容器模型

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文-5-柔性超級電容器是超級電容器的一種，與一般超級電容器的區(qū)別在其具有體積孝質(zhì)量輕、可彎曲、可編織等一系列特點(diǎn)。目前研究最多的柔性超級電容器結(jié)構(gòu)主要有三種：線型結(jié)構(gòu)、平面二維結(jié)構(gòu)和三明治結(jié)構(gòu)[22]。圖1.3柔性超級電容器結(jié)構(gòu)（a）三明治結(jié)構(gòu)；（b）平面二維結(jié)構(gòu)（c）線型纏繞結(jié)構(gòu)[23]；（d）線型同軸結(jié)構(gòu)[24]（1）線型結(jié)構(gòu)線型結(jié)構(gòu)通常有兩種：纏繞結(jié)構(gòu)和同軸結(jié)構(gòu)，如圖1.3（c）、（d）所示。線型纏繞結(jié)構(gòu)是由兩個線型電極經(jīng)過一定方式相互纏繞組裝而成，制備工藝簡單，而且成本也較低；而線型同軸結(jié)構(gòu)柔性電容器，顧名思義，電極與電解質(zhì)圍繞同一個軸覆蓋，電解質(zhì)夾在兩電極之間。與線型纏繞結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)中電極材料能夠全部接觸電解質(zhì)，離子在電極/電解液界面的穿梭和積累更加頻繁，所以有更高的儲能效率[25]。但它的制備工藝比較繁瑣，器件組裝成本較高。綜上所述，一維線型結(jié)構(gòu)的柔性電容器在制備可彎曲柔性編織器件上優(yōu)勢明顯，在柔性儲能中發(fā)揮重大作用。Song[26]等通過電化學(xué)刻蝕法制備了全方位多孔鋁作為負(fù)極材料和集流體，負(fù)載膨脹石墨的鋁絲作為正極材料，加入隔膜后平行放入熱縮管中，注射電解液并用PDMS密封，制備了線型纏繞型結(jié)構(gòu)的柔性電容器，該電容器能夠在彎曲不同角度和不同次數(shù)下有較高的容量保持率。彭慧勝課題組[27]用CNT纖維為軸，作為一個電極，電極材料選用CNT薄膜，涂覆凝膠電解質(zhì)，最后包裹一層CNT薄膜后，再涂覆凝膠電解質(zhì)對體系封裝，組裝了同軸式柔性超級電容器。制備的該柔性超級電容器，可輸出比電容值為29μF/cm2，能量密度為1.88Wh/kg。

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文-7-（2）柔性可穿戴織物[32]，如智能服裝，紡織物具有足夠大的表面積，能夠有效地利用活性儲能材料，同時也可以與其他終端產(chǎn)品進(jìn)行更好的整合；（3）生物醫(yī)學(xué)傳感器[33]：如應(yīng)用于健康檢測系統(tǒng)，較大的形變能力能夠進(jìn)行應(yīng)力集中，非平面表面的正規(guī)集成，緊貼人體皮膚。1.2超級電容器柔性電極研究1.2.1超級電容器柔性電極種類要實(shí)現(xiàn)器件的柔性化，就必須考慮材料對不同構(gòu)件的不同性能要求，以減輕變形過程中不可避免的應(yīng)變失配和分層，一般超級電容器在遭受彎曲變形以后，高分子電解質(zhì)層保持良好，電極材料結(jié)構(gòu)往往被破壞，儲能特性下降。電極材料力學(xué)性能的欠缺，嚴(yán)重限制了超級電容器在柔性可穿戴領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，兼具力學(xué)特性與儲能特性的柔性電極材料有著舉足輕重的作用。超級電容器的柔性電極，是通過一定的方法將活性物質(zhì)與柔性基底相結(jié)合，常見的柔性電極有以下幾種[8]：（1）碳基柔性電極碳基材料是雙電層電極材料的最佳選擇，有著良好的循環(huán)性能且形式多樣，常見的碳材料有活性炭、炭納米管、石墨烯、介孔碳等[34]。其中石墨烯因其良好的電學(xué)、力學(xué)性能得到廣泛研究。石墨烯（Graphene），又稱為“黑金”，首次出現(xiàn)是在2004年，是由AndreK.Geim和他的同事KonstantinNovoselov通過膠帶紙剝離出來的[40]，并在當(dāng)時的學(xué)術(shù)界引起很大的反響。圖1.4石墨烯的結(jié)構(gòu)圖如圖1.4所示，石墨烯是碳原子以六方晶格結(jié)構(gòu)堆積而成單層石墨片，比表面積達(dá)2630m2/g[35]，其中碳原子的雜化方式為sp2雜化，相鄰的兩個C原子之間用σ鍵，存在s、px、py三個雜化軌道，因此具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其強(qiáng)度約為42N/m，楊氏模量約

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]高性能可穿戴水系超級電容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及儲能機(jī)理探究[D]. 趙浩.蘭州大學(xué) 2018

碩士論文
[1]多孔碳—石墨烯復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究[D]. 李青婭.天津大學(xué) 2018
[2]基于石墨烯柔性超級電容器電極材料及器件研究[D]. 周乾隆.電子科技大學(xué) 2016



本文編號：2916190