本文選題：柔性電極　切入點：細菌纖維素　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：柔性的儲能裝置正在引起越來越多的關(guān)注,因為它們具有一些獨特的且極具潛力優(yōu)點,如靈活性,形狀多樣性,重量輕等,這些特性使其可以應(yīng)用在便攜式,柔性,甚至可穿戴的電子設(shè)備中。在這些選擇中,超級電容器,通常稱為電化學(xué)電容器,由于其高功率,充放電速率快,長循環(huán)壽命和低成本而被廣泛認為是有前景的能量存儲系統(tǒng)。顯然,實現(xiàn)柔性儲能裝置的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是具有良好機械性能的可彎曲基體的選擇和設(shè)計,以及制造具有高容量和優(yōu)良導(dǎo)電性的柔性電極材料。作為已工業(yè)化生產(chǎn)的廉價生物質(zhì)材料,細菌纖維素(BC)具有三維的相互交聯(lián)的納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和豐富的表面羥基,這由寬度為20-100nm的納米纖維隨機組合而成,從而提供足夠的比表面積,豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和高拉伸強度。考慮到這些優(yōu)點,BC被用作支撐基底時,柔性電極具有極好的親水性和高質(zhì)量負載。在本文中,通過簡便且低成本的方法制備了兩種具有大質(zhì)量負載,高面積比電容和優(yōu)異機械性能的柔性電極,并考察了其電化學(xué)性能。聚吡咯(PPy)對柔性電容器而言是極有前景的贗電容電極材料。其有競爭力的優(yōu)點包括高導(dǎo)電性,易于合成,低成本以及好的環(huán)境穩(wěn)定性。然而,由于PPy較差的機械性能,直接使用其作為柔性電極材料會嚴(yán)重阻礙其應(yīng)用。在此,本文通過在石墨烯/碳納米管/細菌纖維素(GN/CNT/BC)電極上電化學(xué)聚合PPy薄膜制備了一種自支撐的導(dǎo)電薄膜電極。與化學(xué)聚合PPy相比,電化學(xué)聚合PPy將直接生長并附著在電極表面上,從而可直接控制PPy的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。此外,本文系統(tǒng)地研究了摻雜劑濃度和PPy負載量對電極性能的影響。在Na2SO4和H2SO4電解質(zhì)中,所得到的PPy/GN/CNT/BC電極分別具有811.4 m F cm-2和1191 m F cm-2的良好面積比電容。對于N-ASPC/GN/BC而言,來源豐富的生物質(zhì)廢物(柚子皮)被選中作為碳前驅(qū)體。受益于其強大的溶液吸收能力和固有的結(jié)構(gòu),我們開發(fā)了一種無模板的巧妙策略,通過兩個簡單的步驟即先摻雜后活化,從而制備出具有高比表面積和孔隙率的N摻雜多孔活性碳。盡管其質(zhì)量負載高(8 mg cm-2),該紙電極仍然具有超高的機械拉伸強度和良好的導(dǎo)電性,達到32 MPa和1550 S m-1。當(dāng)在三電極體系中評估時,N-ASPC/GN/BC電極在6 mol L-1 KOH中可提供高達2004 mF cm-2(250.5 F g-1)的優(yōu)異面積比電容。
[Abstract]:Flexible energy storage devices are attracting more and more attention because of their unique and potential advantages, such as flexibility, variety of shapes, light weight, etc., which enable them to be used in portable, flexible, etc.Even wearable electronic devices.Among these options, supercapacitors, commonly known as electrochemical capacitors, are widely regarded as promising energy storage systems because of their high power, high charge / discharge rate, long cycle life and low cost.Obviously, the key challenges to achieve flexible energy storage are the selection and design of flexible matrix with good mechanical properties, and the fabrication of flexible electrode materials with high capacity and excellent conductivity.As a cheap, industrially produced biomass material, bacterial cellulose (BC) has a three-dimensional cross-linked nanofiber network and abundant surface hydroxyl groups, which are randomly composed of nanofibers having a width of 20-100nm.Thus providing sufficient specific surface area, rich pore structure and high tensile strength.Considering these advantages, the flexible electrode has excellent hydrophilicity and high mass load when it is used as a supporting substrate.In this paper, two kinds of flexible electrodes with large mass load, high area specific capacitance and excellent mechanical properties were prepared by a simple and low-cost method, and their electrochemical properties were investigated.Polypyrrole is a promising pseudo-capacitor electrode material for flexible capacitors.Its competitive advantages include high electrical conductivity, ease of synthesis, low cost and good environmental stability.However, due to the poor mechanical properties of PPy, its direct use as flexible electrode material will seriously hinder its application.In this paper, a self-supporting conductive thin film electrode was prepared by electrochemical polymerization of PPy film on graphene / carbon nanotube / bacterial cellulose (GNN / CNT / BC) electrode.Compared with chemically polymerized PPy, the electrochemical polymerized PPy will grow directly and attach to the electrode surface, which can directly control the quality and structure of PPy.In addition, the effects of dopant concentration and PPy loading on the electrode performance were studied systematically.In Na2SO4 and H2SO4 electrolytes, the obtained PPy/GN/CNT/BC electrode has a good area specific capacitance of 811.4 MF cm-2 and 1191 MF cm-2, respectively.For N-ASPC/GN/BC, source-rich biomass waste (pomelo peel) was chosen as a carbon precursor.Benefiting from its strong solution absorption capacity and inherent structure, we developed a template free ingenious strategy through two simple steps, that is, doping first and then activating,Thus N doped porous activated carbon with high specific surface area and porosity was prepared.In spite of its high mass loading of 8 mg cm-2, the paper electrode still has high mechanical tensile strength and good electrical conductivity, reaching 32 MPa and 1550 Sm-1.When evaluated in a three-electrode system, N-ASPC / GNR / BC electrode can provide an excellent area specific capacitance of up to 2004 MF cm-2(250.5 F g -1 in 6 mol L-1 KOH.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O636.11;TM53

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本文編號：1694646