生活中,智能電子的使用越來(lái)越多,人們對(duì)設(shè)備性能的要求也越來(lái)越高。新型便攜式、可穿戴、可折疊的電子設(shè)備也相繼商業(yè)化。柔性超級(jí)電容器由于具備高功率密度、中等能量密度、快速充放電、較長(zhǎng)循環(huán)壽命和機(jī)械柔韌性等眾多優(yōu)勢(shì),成為了柔性電子設(shè)備中最有前途的一種供能設(shè)備。柔性超級(jí)電容器器件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是要獲得高性能、易加工的新型柔性電極材料。目前,電極材料通常采用導(dǎo)電聚合物或者碳材料作為活性物質(zhì)。然而,這些材料在制備和使用過(guò)程中都存在不同程度的缺陷,限制了它們的商業(yè)化。比如碳材料的能量密度一般都比較低,導(dǎo)電聚合物的循環(huán)穩(wěn)定性較差等等。將導(dǎo)電聚合物與水凝膠結(jié)合是提高超級(jí)電容器電化學(xué)穩(wěn)定性和能量密度的一個(gè)有效途徑。凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以有效保護(hù)導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu)不被破壞,從而充分發(fā)揮其優(yōu)異的導(dǎo)電性和電化學(xué)活性。然而,大多數(shù)現(xiàn)有的凝膠制備方法都比較繁瑣或者耗時(shí),且制備的導(dǎo)電水凝膠普遍存在力學(xué)性能較差,電化學(xué)穩(wěn)定性較差以及在制備過(guò)程中變形嚴(yán)重等缺陷。本論文主要集中于機(jī)械柔韌性好、電化學(xué)性能穩(wěn)定的導(dǎo)電水凝膠的設(shè)計(jì)與制備及其在柔性超級(jí)電容器領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。主要的研究工作和結(jié)果如下:（1）采用新型的冷凍-靜態(tài)交聯(lián)法,制... 

【文章來(lái)源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：132 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

各類柔性電子器件的照片

性超級(jí)電容器的類型：（A）三明治結(jié)構(gòu)，（B）纖維狀結(jié)構(gòu)和（C）指狀交1-2 Types of flexible supercapacitor: (A) sandwich structure, (B) fibrous structurfinger-like cross structure[15].全固態(tài)電解質(zhì)的柔性超級(jí)電容器質(zhì)是在電池或電容器正、負(fù)極之間實(shí)現(xiàn)離子導(dǎo)通作用的重要組成或電容器都是在正負(fù)極之間充入有機(jī)或水溶性的電解質(zhì)，當(dāng)器件遭伸等外力的刺激以及物理型損傷時(shí)，液態(tài)電解質(zhì)容易出現(xiàn)揮發(fā)、泄題，導(dǎo)致器件功能出現(xiàn)不可逆的障礙，甚至還可能引發(fā)電解液爆炸、財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。特別是有機(jī)類的電解質(zhì)，對(duì)設(shè)備和環(huán)境的損固態(tài)電解質(zhì)[18]則不存在泄露、揮發(fā)的問(wèn)題，在組裝成電容器時(shí)，固代電解液和隔膜，簡(jiǎn)化電池結(jié)構(gòu)，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。因此，制備穩(wěn)定性好的固態(tài)電解質(zhì)已成為科研院校和能源企業(yè)的熱門課題。

SO4固態(tài)電解質(zhì)。由圖1-3可知與Na2SO4液態(tài)電解質(zhì)組裝的超級(jí)電容器相比，PVA-Na2SO4固態(tài)電解質(zhì)組裝的超級(jí)電容器能量密度更大。圖 1-3（A）PVA-Na2SO4固態(tài)電解質(zhì)的光學(xué)照片以及（B）與 Na2SO4液態(tài)電解質(zhì)能量密度對(duì)比圖[27]Figure 1-3 (A) Optical image of PVA-Na2SO4solid electrolyte and (B) The contrast diagram ofenergy density with Na2SO4liquid electrolyte[27].水凝膠電解質(zhì)中除了聚合物基體和溶劑型電解液兩種主要成分以外，還可以添加活性材料作為第三類物質(zhì)來(lái)改善整個(gè)電解質(zhì)的電化學(xué)性能。例如在水凝膠中加入 KI[28]，石墨烯量子點(diǎn)[29]，石墨烯[6]等都可以有效的改善電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率、機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、比電容以及循環(huán)使用壽命[28]。Ma 等[30]以氫氧化鉀和鐵氰化鉀摻雜聚乙烯醇制備了一種三元復(fù)合的聚合物凝膠：PVA-KOH-K3[Fe(CN)6]。并以該凝膠聚合物作為電解質(zhì)和隔膜，活性炭為電極組裝了固態(tài)超級(jí)電容器。該聚合物凝膠電解質(zhì)具有較強(qiáng)的柔韌性、良好的離子相容性及其他可開(kāi)發(fā)的潛在性能。最后，采用循環(huán)伏安法、恒流充放電法和阻抗法研究了超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。在電流密度為 1.0A/g 時(shí)，超級(jí)電容器的質(zhì)量比電容高達(dá) 430.95 F/g


本文編號(hào)：3320873