發(fā)布時(shí)間：2020-04-16 05:19

【摘要】：不對(duì)稱電容器是電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備的一種,它同時(shí)擁有電化學(xué)雙電層電容和法拉第贗電容的特征,具有比傳統(tǒng)超級(jí)電容器更高的能量密度、比電池更高的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性,但它們?cè)谑艿轿锢頁p壞或變形的情況下將失去其儲(chǔ)能功能,甚至引起安全問題。本文報(bào)道了一種可以承受嚴(yán)重機(jī)械損傷的自修復(fù)不對(duì)稱電容器,提供了一種設(shè)計(jì)智能非對(duì)稱電容器的策略,具有出色的可靠性、安全性和易維護(hù)性的,在可穿戴/柔性電子產(chǎn)品、智能服裝或柔性機(jī)器人等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本文以鐵氰化鎳(KNiFe(CN)_6)為正極、活性炭為(AC)為負(fù)極首先組裝水系KNiFe(CN)_6//AC不對(duì)稱電容器,電解質(zhì)為1 mol·L~-11 KNO_3溶液。與AC對(duì)稱電容器相比,該電容器的工作電壓范圍被拓寬為0-1.5V;KNiFe(CN)_6、AC單電極的比容量分別為337.4 F·g~(-1)、105.3 F·g~(-1),組裝為電容器后質(zhì)量配比為3.2:1(正極:負(fù)極);電容器倍率性能出色,5 A·g~(-1)的比容量(137.7 F·g~(-1))與0.5 A·g~(-1)的比容量(160.2 F·g~(-1))相比保持率高達(dá)91.4%;該電容器在電流密度為2 A·g~(-1)下比容量為145.5 F/g,并且循環(huán)2000圈能保持95.9%,表現(xiàn)出優(yōu)越的循環(huán)性能。以水系KNiFe(CN)_6//AC的研究內(nèi)容為基礎(chǔ),本文進(jìn)一步構(gòu)建基于動(dòng)態(tài)硼酯鍵的KNiFe(CN)_6//AC自修復(fù)不對(duì)稱電容器,該電容器在30 min時(shí)力學(xué)性能就已經(jīng)基本修復(fù)到初始狀態(tài),并且能承受至少5次切開/修復(fù)操作。修復(fù)后,電解質(zhì)、電極的微觀形貌、力學(xué)性能和電導(dǎo)率均能基本恢復(fù)到初始狀態(tài),電容器的力學(xué)性能、電化學(xué)性能也可以基本修復(fù)。電流密度為0.5、1、2、3、4、5 A·g~(-1)時(shí),電容器初始狀態(tài)下的容量分別為158.8 F·g~(-1)、150.7 F·g~(-1)、142.7 F·g~(-1)、136 F·g~(-1)、130.7F·g~(-1)、126 F·g~(-1),5次修復(fù)后容量只出現(xiàn)了輕微的下降(最高為5 A·g~(-1)時(shí)下降了4.21%)。在電流密度為2 A·g~(-1)下,電容器首次放電容量高達(dá)142.7 F·g~(-1),在循環(huán)1500圈后能保持90.3%,5次修復(fù)后的電容器容量保持率能達(dá)到87.9%。總之,本文通過將電化學(xué)活性組分整合到通過硼酸酯鍵交聯(lián)的PVA基網(wǎng)絡(luò)中來制造可自修復(fù)的不對(duì)稱電容器。由于網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性,電容器能夠自主恢復(fù)所有損壞的組件,從而恢復(fù)配置完整性,機(jī)械和電容特性。在沒有任何外部刺激的情況下,自修復(fù)過程在室溫環(huán)境中可重復(fù)至少5次。更有趣的是,愈合電容器還表現(xiàn)出高比電容、優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【圖文】：

因?yàn)楹笳呙媾R電解質(zhì)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。性電極(FE)應(yīng)該具有高度的柔韌性和良好的電化學(xué)性能。具有柔性且機(jī)械強(qiáng)度高的基底(在許多情況下，基底不具，它們僅用作結(jié)構(gòu)部件或集流體)，同時(shí)引入電化學(xué)活性性能[51,54,55]。例如，將電化學(xué)活性材料涂覆在柔性纖維的表，可用的柔性基底有塑料纖維、金屬線、碳材料纖維等CNTs，石墨烯片，MnO2和 PANI 等。此外，涂覆的方漬和干燥”，電沉積和化學(xué)反應(yīng)等等[56,57]。然而，應(yīng)該指 FE，基底材料(沒有電化學(xué)活性)的重量或體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)高 FE 的比容量以及其他電化學(xué)性能具有負(fù)面影響[57]。顯然能，最好減少使用沒有電化學(xué)活性的材料，換句話說，支撐和電化學(xué)活性功能的柔性材料顯得更為重要，如圖 1是超級(jí)電容器的另一個(gè)重要組成部分[58,59]，如圖 1-3d 所鉑絲)通常用作與 FE 纏繞的集流體。

9 1-4 a)磁力自修復(fù)超級(jí)電容器的設(shè)計(jì)和制造工藝流程；(b)自修復(fù)聚氨酯完全支持 同于 0.34MPa 的拉力：修復(fù)前(左圖)，，三次斷開/修復(fù)后(右圖)；(c)電容器自修復(fù)；(d)電極材料的磁性表征照片；(e)電容器多次修復(fù)的循環(huán)伏安曲線；(f)設(shè)備初始后的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量an 等人[27]報(bào)道了一種全修復(fù)式超級(jí)電容器，不僅可以自發(fā)修復(fù)其電極和可以在物理損傷的情況下自行修復(fù)它們之間的界面，這種自修復(fù)電容器解質(zhì)和電極材料整合到動(dòng)態(tài)硼酯鍵交聯(lián)的 PVA-g-TMAC 網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的位置如何，在所有 15 次切開/修復(fù)過程中，電容器均可快速恢復(fù)其結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，并且無需外部刺激。更有意思的是，電容器可以轉(zhuǎn)換成或圖案而不會(huì)降低性能。他們的研究提供了一個(gè)簡便而通用的方法，用自修復(fù)能力和可裁剪的智能儲(chǔ)能設(shè)備，在便攜、可穿戴電子設(shè)備、柔性能服飾等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM53

【參考文獻(xiàn)】

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1 張海龍;中國新能源發(fā)展研究[D];吉林大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2629429