【摘要】：伴隨著透明電子設(shè)備的快速發(fā)展,透明電池和超級(jí)電容器引起了廣泛的研究興趣。然而透明能源設(shè)備的制備面臨著巨大的挑戰(zhàn)。它要求所涉及到的組成部分包括集流體、電極材料、隔膜以及電解質(zhì)都應(yīng)具有透明的性能。雖然有些全透明超級(jí)電容器可以使用H3P04(或H2SO4)/PVA (聚乙烯醇)凝膠作為電解質(zhì)和隔膜,但是由于凝膠具有流變性能和易變型特征,使得夾在兩個(gè)電極之間的這些凝膠電解質(zhì)膜的厚度難以控制,進(jìn)而導(dǎo)致難以重復(fù)制造出具有良好穩(wěn)定性的超級(jí)電容器。為了控制兩電極之間的間距,一些裝置選用不透明的商業(yè)隔膜(如Celgard微孔膜),忽略了制備透明器件的初始意圖。因此,研究開發(fā)出具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和兼容性的隔膜對(duì)于透明能量?jī)?chǔ)存裝置極其重要。本論文中提出將聚苯乙烯(PS)微球作為電極間隔材料,與凝膠電解質(zhì)混合替代傳統(tǒng)的隔膜如聚丙烯、纖維素隔膜紙。在此基礎(chǔ)上,分別以碳納米管(CNTs)和氧化銦錫(ITO)玻璃作為活性材料和集流體,制備透明超級(jí)電容器,主要進(jìn)展如下:1 .將單壁碳納米管(SWCNT)負(fù)載在ITO/玻璃上制作透明電極,以LiCl/PVA溶膠為電解質(zhì),PS球作為電極間隔物制備透明超級(jí)電容器。通過(guò)改變PS求粒徑(10、20、40微米)調(diào)控電極間距;改變SWCNT的覆蓋量調(diào)控電極的透光度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明粒徑20微米PS球所構(gòu)建的透明超級(jí)電容器性能最好。全器件的透光度為80.8%時(shí),其面積比電容達(dá)到66μF/cm2,庫(kù)倫效率超過(guò)92%。2.為了進(jìn)一步提高超級(jí)電容器的比電容,我們以二氧化錳修飾的多壁碳納米管(Mn02/MWCNT)作為復(fù)合電極材料制備透明超級(jí)電容器。與純MWCNT電極的器件相比,Mn02/MWCNT透明超級(jí)電容器的比電容提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。同樣的,Mn02/MWCNT的沉積量決定者電極的透光性和超級(jí)電容器的容量。其中當(dāng)器件的透光度在78.9%時(shí),比電容達(dá)到了 678μF/cm2,在1000次充放電循環(huán)后其容量仍保持在88.6%。3.用柔性透明的金納米網(wǎng)格/PET或ITO/PET替代剛性的ITO玻璃作為集流體,構(gòu)建全固態(tài)柔性透明超級(jí)電容器。該柔性透明超級(jí)電容器展現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能,透光度在48%時(shí),比電容達(dá)到952.5 μF/cm2,充放電循環(huán)1000圈以后比電容依然能保持原來(lái)的87.4%。同時(shí),在不同的彎曲度下(0°、45°、90°、135°、180°)依然有很好的電化學(xué)性能,彎折180°之后其比電容保持在原值的80%左右,說(shuō)明該電容具有良好的柔韌性。
[Abstract]:With the rapid development of transparent electronic devices, transparent batteries and supercapacitors have attracted extensive research interest. However, the preparation of transparent energy equipment faces great challenges. It requires that the components involved include fluid collection, electrode materials, membranes, and electrolytes with transparent properties. Although some fully transparent supercapacitors can use H3P04 (or H2SO4) / PVA (polyvinyl alcohol) gels as electrolytes and membranes, due to their rheological properties and variability, It is difficult to control the thickness of these gel electrolyte membranes between the two electrodes, which makes it difficult to repeatedly produce supercapacitors with good stability. In order to control the distance between the two electrodes, some devices choose opaque commercial diaphragm (such as Celgard microporous membrane), neglecting the initial intention of fabricating transparent devices. Therefore, it is very important to develop a stable structure and compatible diaphragm for transparent energy storage devices. In this paper, polystyrene (PS) microspheres are used as electrode spacers to replace traditional membranes such as polypropylene and cellulose membrane paper. On this basis, transparent supercapacitors were prepared by using carbon nanotube (CNTs) and indium tin oxide (ITO) glass as active materials and collecting fluid, respectively. The main progress is as follows: 1. Single walled carbon nanotubes (SWCNT) were loaded on ITO/ glass to make transparent electrodes. Transparent supercapacitors were prepared by using LiCl/PVA sol as electrolyte and PS ball as electrode spacer. By changing the particle size of PS (10 ~ 20 ~ 40 渭 m), the distance between electrodes is regulated, and the transmittance of the electrode is regulated by changing the coverage of SWCNT. The experimental results show that the transparent supercapacitor with 20 micron diameter PS ball has the best performance. When the transmittance of the whole device is 80.8, its area specific capacitance reaches 66 渭 F / cm ~ 2, and the Coulomb efficiency exceeds 922.2. In order to further improve the specific capacitance of supercapacitors, transparent supercapacitors were prepared using manganese dioxide modified multi-walled carbon nanotubes (Mn02/MWCNT) as composite electrode materials. Compared with the pure MWCNT electrode, the specific capacitance of the Mn02/MWCNT transparent supercapacitor is increased by an order of magnitude. Similarly, the amount of Mn02/MWCNT deposition determines the transmittance of the electrode and the capacity of the supercapacitor. When the transmittance of the device is 78.9, the specific capacitance reaches 678 渭 F / cm ~ 2, and its capacity remains at 88.60.3after 1000 charge-discharge cycles. Flexible transparent gold mesh / PET or ITO/PET instead of rigid ITO glass was used as a fluid collector to construct all-solid-state flexible transparent supercapacitors. The flexible transparent supercapacitor shows good electrochemical performance. The specific capacitance reaches 952.5 渭 F / cm ~ 2 at 48 渭 F / cm ~ (2), and the specific capacitance can still keep 87.4% after 1000 cycles of charge and discharge cycle. At the same time, at different bending degrees (0 擄, 45 擄, 90 擄, 135 擄, 180 擄), the electrochemical performance is still very good. After bending 180 擄, the specific capacitance remains about 80% of the original value, which indicates that the capacitance has good flexibility.
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM53;TB383.1

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本文編號(hào)：2373112