生活中,智能電子的使用越來越多,人們對設(shè)備性能的要求也越來越高。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、較長循環(huán)壽命和機械柔韌性等眾多優(yōu)勢,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,導電聚合物的循環(huán)穩(wěn)定性較差等等。將導電聚合物與水凝膠結(jié)合是提高超級電容器電化學穩(wěn)定性和能量密度的一個有效途徑。凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以有效保護導電聚合物的結(jié)構(gòu)不被破壞,從而充分發(fā)揮其優(yōu)異的導電性和電化學活性。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,且制備的導電水凝膠普遍存在力學性能較差,電化學穩(wěn)定性較差以及在制備過程中變形嚴重等缺陷。本論文主要集中于機械柔韌性好、電化學性能穩(wěn)定的導電水凝膠的設(shè)計與制備及其在柔性超級電容器領(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... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

各類柔性電子器件的照片

性超級電容器的類型：（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)的柔性超級電容器質(zhì)是在電池或電容器正、負極之間實現(xiàn)離子導通作用的重要組成或電容器都是在正負極之間充入有機或水溶性的電解質(zhì)，當器件遭伸等外力的刺激以及物理型損傷時，液態(tài)電解質(zhì)容易出現(xiàn)揮發(fā)、泄題，導致器件功能出現(xiàn)不可逆的障礙，甚至還可能引發(fā)電解液爆炸、財產(chǎn)安全造成威脅。特別是有機類的電解質(zhì)，對設(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)的問題，在組裝成電容器時，固代電解液和隔膜，簡化電池結(jié)構(gòu)，進而降低生產(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)組裝的超級電容器相比，PVA-Na2SO4固態(tài)電解質(zhì)組裝的超級電容器能量密度更大。圖 1-3（A）PVA-Na2SO4固態(tài)電解質(zhì)的光學照片以及（B）與 Na2SO4液態(tài)電解質(zhì)能量密度對比圖[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)來改善整個電解質(zhì)的電化學性能。例如在水凝膠中加入 KI[28]，石墨烯量子點[29]，石墨烯[6]等都可以有效的改善電解質(zhì)的離子電導率、機械穩(wěn)定性、化學穩(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)超級電容器。該聚合物凝膠電解質(zhì)具有較強的柔韌性、良好的離子相容性及其他可開發(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電容器的電化學性能。在電流密度為 1.0A/g 時，超級電容器的質(zhì)量比電容高達 430.95 F/g


本文編號：3320873