【摘要】：個(gè)人消費(fèi)電子器件消耗量的日益增加以及可穿戴電子學(xué)的進(jìn)步推動(dòng)了高性能能量存儲(chǔ)器件的快速發(fā)展。超級(jí)電容器作為一類(lèi)新型能量存儲(chǔ)器件，具有比傳統(tǒng)的靜電電容器更高的能量密度和比電池更高的功率密度。固態(tài)超級(jí)電容器將電極、固態(tài)電解質(zhì)以及隔膜集成為一個(gè)整體，相比于液態(tài)電解質(zhì)超級(jí)電容器，具有質(zhì)量較輕、易于封裝、安全性高、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)。紙基電子學(xué)器件因其成本低廉，具有柔性，環(huán)境友好，易于集成等特點(diǎn)，具有很大的研究和應(yīng)用前景。紙是由直徑約為20m的纖維素纖維組成，這些纖維素纖維包含許多由直徑數(shù)十納米的纖維組成的微纖維，從而使得紙具有粗糙多孔的表面。這種粗糙多孔的表面對(duì)于超級(jí)電容器而言，是一種天然的優(yōu)勢(shì)，它有利于電化學(xué)活性材料附著到纖維素的表面。導(dǎo)電聚合物如聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）是一類(lèi)導(dǎo)電性聚合物材料，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理與化學(xué)特性，易于合成，電化學(xué)活性高，導(dǎo)電性好，成本低廉，適宜作為超級(jí)電容器的電極，成為近幾年來(lái)超級(jí)電容器研究的新熱點(diǎn)。 本論文圍繞聚合物基紙基柔性超級(jí)電容器電極材料的制備、器件的組裝開(kāi)展了一系列深入細(xì)致的研究。通過(guò)鉛筆涂敷導(dǎo)電石墨與電沉積的方法制備了石墨/PANI復(fù)合柔性電極，通過(guò)“浸泡-聚合法”制備了PPy/Paper復(fù)合柔性電極，兩種方法都切實(shí)可行，并可推廣到其他材料體系的電極制備中，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)循環(huán)伏安、恒流充放電以及電化學(xué)阻抗譜等測(cè)試對(duì)合成電極的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的探究�，F(xiàn)將主要結(jié)論總結(jié)如下： 1.通過(guò)鉛筆涂覆的工藝在普通打印紙上沉積一薄層石墨，制備了石墨導(dǎo)電紙，通過(guò)電沉積方法在石墨表面沉積PANI，制備了三維多孔石墨/PANI柔性復(fù)合紙電極，并系統(tǒng)研究了該電極的電化學(xué)性能及其在超級(jí)電容器方面的應(yīng)用。研究表明：該電極化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，方阻僅為32.3/sq，在電流密度0.5mA/cm2下其面電容可達(dá)到355.6mF/cm2。由石墨/PANI紙電極組裝的對(duì)稱(chēng)性柔性固態(tài)超級(jí)電容器重量?jī)H為30.8mg，在體積電流密度4.57mA/cm3下，體積電容為3.55F/cm3，在功率密度0.054W/cm3下，，能量密度為0.32mWh/cm3。該固態(tài)器件充放電10000個(gè)循環(huán)后，電容仍保持83%。 2.采用“浸泡-聚合法”制備了聚吡咯包覆的紙電極，PPy/Paper復(fù)合電極具有優(yōu)異的電學(xué)性能，方阻低至4.5/sq，電導(dǎo)率達(dá)到15S/cm，具有良好的柔韌性，可彎曲180°，并且電學(xué)性能和電化學(xué)性能幾乎不發(fā)生變化。將該電極作為電極分別組裝了三明治結(jié)構(gòu)和平面叉指結(jié)構(gòu)的柔性固態(tài)超級(jí)電容器，研究了相應(yīng)固態(tài)器件的電化學(xué)性能。柔性三明治結(jié)構(gòu)固態(tài)超級(jí)電容器的面電容為0.42F/cm2，在0.27W/cm3功率密度下，能量密度可達(dá)到1mWh/cm3，揭示了其在柔性能量存儲(chǔ)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用價(jià)值。
[Abstract]:The increasing consumption of personal consumer electronic devices and the advancement of wearable electronics promote the rapid development of high-performance energy storage devices. As a new type of energy storage devices, supercapacitors have higher energy density and higher power density than traditional electrostatic capacitors. Compared with liquid electrolyte supercapacitors, solid-state supercapacitors integrate electrodes, solid electrolytes and separators into a whole, which have the advantages of light quality, easy to package, high safety, good flexibility and so on. Paper based electronic devices have great research and application prospects because of their low cost, flexibility, friendly environment, easy integration and so on. Paper is made up of cellulose fibers about 20m in diameter. These cellulose fibers contain many microfibers composed of dozens of nanometers in diameter, which make the paper have rough and porous surface. This kind of rough porous surface is a natural advantage for supercapacitors, which is advantageous to the adhesion of electrochemical active materials to the surface of cellulose. Conductive polymers such as polypyrrole (PPy), Polyaniline (PANI) are a class of conductive polymer materials with unique structure and excellent physical and chemical properties, easy to synthesize, high electrochemical activity, good electrical conductivity and low cost. The electrode suitable for supercapacitor has become a new hotspot in the research of supercapacitor in recent years. In this paper, the preparation of polymer-based paper-based flexible supercapacitor electrode materials and the assembly of devices are studied in detail. Graphite / PANI composite flexible electrode was prepared by pencil coating conductive graphite and electrodeposition, and PPy/Paper composite flexible electrode was prepared by "soaking polymerization method". Both methods are feasible. It can be widely used in the preparation of electrodes in other material systems. The electrochemical properties of the composite electrode were investigated by cyclic voltammetry, constant current charge-discharge and electrochemical impedance spectroscopy. The main conclusions are summarized as follows: 1. A thin layer of graphite was deposited on the common printing paper by the pencil coating process, and graphite conductive paper was prepared. The three-dimensional porous graphite / PANI flexible composite paper electrode was prepared by electrodeposition of PANI, on the graphite surface. The electrochemical performance of the electrode and its application in supercapacitor were systematically studied. The results show that the electrode has a stable chemical property with a square resistance of only 32.3 / sq.The surface capacitance of the electrode can reach 355.6 MV / cm ~ 2 at current density 0.5mA/cm2. The weight of the symmetric flexible solid supercapacitor assembled by graphite / PANI paper electrode is only 30.8 mg, and the bulk capacitance is 3.55 F / cm 3 at the volume current density 4.57mA/cm3, and at the power density 0.054W/cm3. The energy density is 0.32 mWh-cm3. After charging and discharging 10, 000 cycles, the capacitance remains 833. 2. The paper electrode coated with polypyrrole was prepared by soaking and polymerization. The PPy/Paper composite electrode has excellent electrical properties, the square resistance is as low as 4.5 / sq. the conductivity is 15s / cm, and the electrode is flexible and can bend 180 擄. And the electrical and electrochemical properties are almost unchanged. The flexible solid-state supercapacitors with sandwich structure and planar interDigital structure were assembled as electrodes, and the electrochemical properties of the corresponding solid-state devices were studied. The surface capacitance of solid state supercapacitor with flexible sandwich structure is 0.42F / cm ~ 2, and the energy density can reach 1mWh/ cm ~ (-3) at 0.27W/cm3 power density, which reveals its great application value in flexible energy storage field.
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TQ317;TM53

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 袁美蓉;王臣;徐永進(jìn);劉偉強(qiáng);朱永法;;鋰離子電容器的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2013年S1期

2 M.Darvish Ganji;A.Bakhshandeh;;Electronics and Structural Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes Interacting with a Glucose Molecule: ab initio Calculations[J];Communications in Theoretical Physics;2013年09期

3 曾凡龍;劉占蓮;韓芹;曹謙芝;仲林;肖婷婷;;活性炭纖維/NiO/MnO_2復(fù)合電極的結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能[J];紡織學(xué)報(bào);2013年10期

4 朱平;霍曉濤;韓高義;熊繼軍;;基于聚吡咯/氧化石墨烯電極的MEMS微電容的性能研究[J];功能材料;2013年19期

5 鐘新仙;馮崎鵬;黃有國(guó);王芳平;王志洪;盧勝彬;王紅強(qiáng);;超級(jí)電容器用摻雜聚苯胺納米材料的乳液聚合法及電容性能研究[J];功能材料;2013年19期

6 楊德志;沈佳妮;楊曉偉;馬紫峰;;石墨烯基超級(jí)電容器研究進(jìn)展[J];儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù);2014年01期

7 何鐵石;杜微;郭中臺(tái);蔡克迪;金振興;;水熱法二次活化超級(jí)電容器用活性炭研究[J];電子元件與材料;2013年11期

8 林俊杰;杜娟;洪宇翔;徐培翔;;PCM用于鋰電池散熱研究進(jìn)展[J];廣州化工;2014年04期

9 袁振善;徐強(qiáng);桑林;丁飛;;金屬鋰二次電池中鋰電極的研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2014年02期

10 歐陽(yáng)陳志;梁波;劉燕平;賴(lài)延清;劉業(yè)翔;;鋰離子動(dòng)力電池?zé)岚踩匝芯窟M(jìn)展[J];電源技術(shù);2014年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前7條

1 文焱;連芳;關(guān)紅艷;任巖;潘笑容;孟楠;;磷酸接枝改性聚乙烯醇縮丁醛-乙烯醇-乙酸乙烯酯基聚合物薄膜及其凝膠聚合物電解質(zhì)[A];第30屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

2 劉倩;王琳琳;徐開(kāi)兵;胡俊青;;碳包覆介孔NiO納米顆粒作為高性能電化學(xué)電容器的電極材料[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第37分會(huì)：能源納米科學(xué)與技術(shù)[C];2014年

3 楊培華;麥文杰;;MnO_2//Fe_2O_3全固態(tài)非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第24分會(huì)：化學(xué)電源[C];2014年

4 榮常如;姜濤;安宇鵬;王金興;王丹;米新艷;魏曉川;張克金;;車(chē)用鋰離子電容器的研究進(jìn)展[A];2011中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2011年

5 劉亞;謝海安;熊傳溪;;PBA/PVDF鋰離子電池凝膠電解質(zhì)的制備及電性能研究[A];2014年全國(guó)高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì)學(xué)術(shù)論文集（下冊(cè)）[C];2014年

6 劉德宇;賀蘊(yùn)秋;馬園園;蔡斯琪;;水熱法制備RGO/MnO_x超級(jí)電容器復(fù)合材料[A];全國(guó)石墨烯材料技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用交流研討會(huì)論文集[C];2015年

7 麥立強(qiáng);韋秀娟;田曉聰;韓春華;趙云龍;;納米線儲(chǔ)能材料與器件[A];第十三屆固態(tài)化學(xué)與無(wú)機(jī)合成學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 杜憲;石墨烯的可控制備、后處理及其電化學(xué)電容性能研究[D];北京化工大學(xué);2013年

2 魏令;聚氧化乙烯/三氟甲基磺酸鋰復(fù)合物電解質(zhì)相結(jié)構(gòu)及鏈段運(yùn)動(dòng)的固體核磁共振研究[D];華東師范大學(xué);2013年

3 牟靜;無(wú)規(guī)共聚物表面活性劑的合成及其結(jié)構(gòu)對(duì)導(dǎo)電纖維性能的影響[D];陜西科技大學(xué);2013年

4 魏穎;功能性離子液體/離子液體復(fù)合物的合成、性質(zhì)及在超級(jí)電容器中的應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2013年

5 劉卯成;雙金屬氧化物及其復(fù)合材料的贗電容行為研究[D];蘭州理工大學(xué);2013年

6 覃杏珍;纖維素溶液行為及新材料構(gòu)建[D];武漢大學(xué);2012年

7 蔣建;鈷、鎳基氧化物/氫氧化物納米結(jié)構(gòu)陣列設(shè)計(jì)及其儲(chǔ)能機(jī)理研究[D];華中師范大學(xué);2013年

8 劉建生;鋰離子電池新型凝膠聚合物電解質(zhì)的改性研究[D];華南理工大學(xué);2013年

9 張金輝;超級(jí)電容器復(fù)合電極材料制備及電化學(xué)性能研究[D];燕山大學(xué);2013年

10 曾凡焱;石墨烯基碳納米材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];湖南大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 涂洪成;新型增塑劑的合成及其凝膠聚合物電解質(zhì)性能研究[D];南昌大學(xué);2010年

2 吳美蘭;高分散穩(wěn)定性納米銀顆粒的合成與性能研究[D];天津大學(xué);2012年

3 王雙t@;電增強(qiáng)碳納米管/活性炭纖維吸附PFOA、PFOS的研究[D];大連理工大學(xué);2013年

4 王雅玉;碳—?dú)溲趸噺?fù)合電極材料的研究及其在非對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器中的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2013年

5 閆寶玉;用于疊片式超級(jí)電容器的碳電極材料的制備及電容特性[D];吉林大學(xué);2013年

6 蔣春花;PVA基和PEO基離子液體聚合物電解質(zhì)的制備及性能研究[D];吉林大學(xué);2013年

7 張江云;基于相變散熱的動(dòng)力電池?zé)峁芾砑夹g(shù)研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2013年

8 楊杰;石墨烯復(fù)合材料的制備與結(jié)構(gòu)性能研究[D];北京化工大學(xué);2013年

9 劉松;FePO_4納米復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究[D];黑龍江大學(xué);2013年

10 李俊玲;聚苯胺復(fù)合材料的電化學(xué)制備及其超電容性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2396156