發(fā)布時間：2018-09-06 06:28

【摘要】：超級電容器,作為一種介于傳統(tǒng)電化學(xué)電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲能裝置,因其高功率密度、快速充放電能力,超長循環(huán)壽命以及環(huán)境友好等優(yōu)點已經(jīng)引起了大量研究者的關(guān)注。為了滿足便攜,可穿戴式電子設(shè)備的發(fā)展需求,柔性固態(tài)超級電容器逐漸成為目前的研究重點。本論文圍繞CNT/MnO2NT、CNT@PPy以及AgNW/WO3等復(fù)合材料的設(shè)計、合成制備以及它們在柔性儲能器件和柔性變色器件方面的應(yīng)用展開了系統(tǒng)的探索與深入的研究。所取得的主要結(jié)論如下:1.設(shè)計并合成制備了基于CNT/MnO2NT的復(fù)合柔性電極,這種具有自支撐結(jié)構(gòu)的復(fù)合電極,不僅展現(xiàn)了優(yōu)異的柔韌性,還有效提高了電極的整體比容量。使用此電極所制得的柔性固態(tài)超級電容器,在功率密度為13.8 mW/cm3時,其能量密度可以達(dá)到0.45 mWh/cm3。同時,利用該器件的高容量和高柔性,設(shè)計并制作了電子手表的儲能表帶原型,成功實現(xiàn)了為電子手表的長時間供能,顯示了其在可穿戴電子設(shè)備方面的應(yīng)用潛能。2.利用電化學(xué)聚合沉積技術(shù)在CNT表面上成功負(fù)載PPy,并與之形成穩(wěn)定的核殼結(jié)構(gòu)。在這種特殊結(jié)構(gòu)的影響下,CNT與PPy之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),使得復(fù)合電極在機械強度和電化學(xué)活性方面都得到了大幅提升:抗拉伸強度達(dá)到了16 MPa,比容量也達(dá)到了CNT電極的5.6倍。最后,基于此復(fù)合電極成功制備出了柔性固態(tài)超級電容器,在電流密度為0.05A/cm3時,該超級電容器的體積比容量高達(dá)4.9 F/cm3,同時展現(xiàn)了極其優(yōu)異的柔韌性和循環(huán)穩(wěn)定性,10000次循環(huán)后仍保留了95%的初始容量。3.設(shè)計了一種新的高導(dǎo)電柔性透明基底的制備方法,并基于此方法制備了AgNW/WO3復(fù)合柔性變色電極。系統(tǒng)的表征測試顯示該電極在波長為633 nm處的光透射率可以從初始的55.9%降到11.8%,同時其著色效率可以高達(dá)80.2 cm2/C;在掃速為10 mV/s時,其面積比電容為13.6 mF/cm2。該電極的成功制備可有效促進(jìn)新型柔性儲能變色器件的發(fā)展。
[Abstract]:Supercapacitors, as a new type of energy storage device between conventional electrochemical batteries and conventional capacitors, have high power density, rapid charge and discharge capacity. The advantages of super long cycle life and environmental friendliness have attracted much attention. In order to meet the needs of portable and wearable electronic devices, flexible solid-state supercapacitors have gradually become the focus of research. This thesis focuses on the design, synthesis and fabrication of CNT/MnO2NT,CNT@PPy and AgNW/WO3 composites, and their applications in flexible energy storage devices and flexible chromotropic devices. The main conclusions are as follows: 1. The composite flexible electrode based on CNT/MnO2NT was designed and synthesized. The composite electrode with self-supporting structure not only showed excellent flexibility, but also effectively improved the overall specific capacity of the electrode. When the power density is 13.8 mW/cm3, the energy density of the flexible solid-state supercapacitor can reach 0.45 mWh/cm3.. At the same time, using the high capacity and high flexibility of the device, the prototype of the energy storage watch band of the electronic watch is designed and fabricated. The long time energy supply for the electronic watch is successfully realized, and the application potential of the watch in wearable electronic equipment is shown. PPy, was successfully loaded on the surface of CNT by electrochemical polymerization and formed a stable core-shell structure. Under the influence of this special structure, the synergistic effect between CNT-CNT and PPy resulted in a significant increase in the mechanical strength and electrochemical activity of the composite electrode. The tensile strength reached 16 MPa, and the specific capacity of the CNT electrode was 5.6 times higher than that of the CNT electrode. Finally, a flexible solid-state supercapacitor is successfully fabricated based on the composite electrode. When the current density is 0.05A/cm3, The volume specific capacity of the supercapacitor is as high as 4.9 F / cm ~ 3, and the initial capacity of 95% is retained after 10000 cycles with excellent flexibility and cyclic stability. A new preparation method of high conductive flexible transparent substrate was designed and the AgNW/WO3 composite flexible chromotropic electrode was prepared based on this method. The system characterization tests show that the optical transmittance of the electrode at wavelength of 633 nm can be reduced from 55.9% to 11.8%, and the coloring efficiency of the electrode can reach 80.2 cm2/C; with a specific capacitance of 13.6 mF/cm2. at a sweep speed of 10 mV/s. The successful fabrication of the electrode can effectively promote the development of new flexible energy storage and chromotropic devices.
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM53

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本文編號：2225535