取向碳納米管陣列/氧化還原凝膠電解質(zhì)柔性固態(tài)超級電容器的研究
發(fā)布時間：2021-02-23 03:44
柔性固態(tài)超級電容器因其靈活輕便、性能穩(wěn)定以及良好的生物安全性受到了廣泛的關(guān)注。取向排列的碳納米管陣列（ACNT）已經(jīng)被證明具有規(guī)整的孔結(jié)構(gòu)和快速的電子、離子傳輸通道,非常適合用作超級電容器以及各種電池器件的電極材料。然而其超疏水的納米間隙不利于常規(guī)水溶性凝膠電解質(zhì)的滲透,較弱的機(jī)械強(qiáng)度也難以支持復(fù)雜的化學(xué)修飾與復(fù)合,在制備柔性超級電容器件時很容易造成器件內(nèi)阻增加、陣列結(jié)構(gòu)的破壞以及倍率效應(yīng)下降等問題。本文使用含有氧化還原活性小分子的水性凝膠電解質(zhì)對ACNT進(jìn)行真空輔助填充,解決了活性凝膠電解質(zhì)的滲透問題,構(gòu)筑高效電子傳輸通道的同時增加了陣列的機(jī)械強(qiáng)度,并利用原位電化學(xué)聚合反應(yīng)制備了聚苯胺納米顆粒附著CNTs外壁結(jié)構(gòu)的高性能“三明治”型E-PANI@PVA@ACNT柔性水凝膠超級電容器器件。與無規(guī)纏結(jié)的碳納米管粉末相比,碳管陣列取向排列的結(jié)構(gòu)確保了器件具有高效的離子、電子傳輸效率,保證了器件的高功率密度以及良好的倍率性能,同時其納米間隙還可以大幅提高器件的循環(huán)穩(wěn)定性。在本文中進(jìn)一步利用溶劑揮發(fā)收縮法獲得了高密度碳納米管陣列（DACNT）,制備了比電容量高達(dá)2.8 F·cm-3（0.65 ...
【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】：96 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１－２超級電容器工作原理圖（ａ）雙電層電容器；（ｂ）欠電位沉積；（ｃ）氧化還原腰電??容；（幻插層贗電容??
第一章?取向碳納米管陣列／氧化還原凝膠電解質(zhì)柔性固態(tài)超級電容器的研宄??？?細(xì)??？?Ｍｉ＊?付??｛？｛？？？■（？?｜Ｗｆｆ??＊?＾?＊ｉ＊ｃ?？ｏｄ?ｔ？＊?Ｍ＊ｅ?？?＊??Ｊ４—Ａ??ＫｌｅｃｆｒｏＨｌｃ??％?＿?厶??Ｘ?ｗ＿■??、?．ｆ：ｋｒｔｒ＜Ｅ＊ｃｆｅｍｉｅ？ｉ?．??ｓｔａＷ？＊，??■－???圖１－６合適電解質(zhì)的選用因素１Ｍ??１．４．１氧化還原活性液體電解質(zhì)??２００７年，Ｌｉ等人在Ｈ２Ｓ０４電解質(zhì)中首次引入ＦｅＳ０４、ＣｕＳ０４作為Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋??的來源１３６，并且對其氧化還原增強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行了研究。據(jù)實驗表明，Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋??添加劑的引入，其最高比容量可達(dá)至２２３?ｍＡ．ｈ．ｇ＇遠(yuǎn)高于Ｈ２ＳＯ４基器件。另外，??在電化學(xué)過程中，由于Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋之間的協(xié)同效應(yīng)，使得器件展現(xiàn)出良好的可逆??氧化還原反應(yīng)行為。隨后，Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６和Ｋ４Ｆｅ（ＣＮ）６作為添加劑被引入ＫＯＨ溶??液中，Ｓｕ?等人?１３７研究了該電解液在?Ｃｏ－Ａｌ?ｌａｙｅｒｅｄ?ｄｏｕｂｌｅ?ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ（Ｃｏ－Ａｌ?ＬＤＨ）??電極中的贗電容行為。該體系在充放電過程中發(fā)生Ｃ〇２＋／Ｃ〇３＋和??Ｆｅ（ＣＮ）６３７Ｆｅ（ＣＮ）６４＿兩對氧化還原反應(yīng)，器件的電荷轉(zhuǎn)移電阻由原始的３．２７Ｄ降??至２．９６?Ｑ，離子電導(dǎo)率的增大改善了電極與電解質(zhì)間的接觸。且據(jù)ＸＲＤ測試證??實該反應(yīng)僅發(fā)生在電極／電解質(zhì)界面處而不是在電極材料體相中，這表明電解液??中氧化還原添加劑直接參與電子轉(zhuǎn)移，而ＳＣｓ性能的提升僅僅是得益于其電極／??電解質(zhì)界面處的贗電容貢獻(xiàn)。ＫＩ／Ｈ２Ｓ０４電解液則主要應(yīng)用
氣相沉積法制備ＣＮＴ骨架，與電沉積的ＰＨ）ＯＴ進(jìn)行復(fù)合，該復(fù)合電極最高質(zhì)??量比電容可達(dá)１４７?Ｆ＋ｇｌＯ．ＳＡｆ１），循環(huán)３０００次后，其電容值穩(wěn)定在９５％左右。??現(xiàn)階段，隨著不斷地深入探索，微型超級電容器（ｍｉｃｒｏ－ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＭＳＣｓ）??憑借高功率輸出（速率性能）以及高頻響應(yīng)等優(yōu)勢，逐漸擴(kuò)展了超級電容器在可穿??戴、微電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用。Ｗｕ等１７（）成功制備了硫摻雜石墨烯納米級微電極，??并獲得５８２?Ｆｘｍ＿３（１０?ｍＶ＇ｓ—１）的超高比電容量和短期常數(shù)為０．２６?ｍｓ的頻率響應(yīng)。??緊接著，為了適應(yīng)多樣化需求，可拉伸自修復(fù)１７１、流動型１７２超級電容器等新型??超級電容器也不斷被幵發(fā)。??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Definitions of Pseudocapacitive Materials: A Brief Review[J]. Yuqi Jiang,Jinping Liu. 能源與環(huán)境材料(英文). 2019(01)
本文編號：3046965
【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省
【文章頁數(shù)】：96 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１－２超級電容器工作原理圖（ａ）雙電層電容器；（ｂ）欠電位沉積；（ｃ）氧化還原腰電??容；（幻插層贗電容??
第一章?取向碳納米管陣列／氧化還原凝膠電解質(zhì)柔性固態(tài)超級電容器的研宄??？?細(xì)??？?Ｍｉ＊?付??｛？｛？？？■（？?｜Ｗｆｆ??＊?＾?＊ｉ＊ｃ?？ｏｄ?ｔ？＊?Ｍ＊ｅ?？?＊??Ｊ４—Ａ??ＫｌｅｃｆｒｏＨｌｃ??％?＿?厶??Ｘ?ｗ＿■??、?．ｆ：ｋｒｔｒ＜Ｅ＊ｃｆｅｍｉｅ？ｉ?．??ｓｔａＷ？＊，??■－???圖１－６合適電解質(zhì)的選用因素１Ｍ??１．４．１氧化還原活性液體電解質(zhì)??２００７年，Ｌｉ等人在Ｈ２Ｓ０４電解質(zhì)中首次引入ＦｅＳ０４、ＣｕＳ０４作為Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋??的來源１３６，并且對其氧化還原增強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行了研究。據(jù)實驗表明，Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋??添加劑的引入，其最高比容量可達(dá)至２２３?ｍＡ．ｈ．ｇ＇遠(yuǎn)高于Ｈ２ＳＯ４基器件。另外，??在電化學(xué)過程中，由于Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋之間的協(xié)同效應(yīng)，使得器件展現(xiàn)出良好的可逆??氧化還原反應(yīng)行為。隨后，Ｋ３Ｆｅ（ＣＮ）６和Ｋ４Ｆｅ（ＣＮ）６作為添加劑被引入ＫＯＨ溶??液中，Ｓｕ?等人?１３７研究了該電解液在?Ｃｏ－Ａｌ?ｌａｙｅｒｅｄ?ｄｏｕｂｌｅ?ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ（Ｃｏ－Ａｌ?ＬＤＨ）??電極中的贗電容行為。該體系在充放電過程中發(fā)生Ｃ〇２＋／Ｃ〇３＋和??Ｆｅ（ＣＮ）６３７Ｆｅ（ＣＮ）６４＿兩對氧化還原反應(yīng)，器件的電荷轉(zhuǎn)移電阻由原始的３．２７Ｄ降??至２．９６?Ｑ，離子電導(dǎo)率的增大改善了電極與電解質(zhì)間的接觸。且據(jù)ＸＲＤ測試證??實該反應(yīng)僅發(fā)生在電極／電解質(zhì)界面處而不是在電極材料體相中，這表明電解液??中氧化還原添加劑直接參與電子轉(zhuǎn)移，而ＳＣｓ性能的提升僅僅是得益于其電極／??電解質(zhì)界面處的贗電容貢獻(xiàn)。ＫＩ／Ｈ２Ｓ０４電解液則主要應(yīng)用
氣相沉積法制備ＣＮＴ骨架，與電沉積的ＰＨ）ＯＴ進(jìn)行復(fù)合，該復(fù)合電極最高質(zhì)??量比電容可達(dá)１４７?Ｆ＋ｇｌＯ．ＳＡｆ１），循環(huán)３０００次后，其電容值穩(wěn)定在９５％左右。??現(xiàn)階段，隨著不斷地深入探索，微型超級電容器（ｍｉｃｒｏ－ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＭＳＣｓ）??憑借高功率輸出（速率性能）以及高頻響應(yīng)等優(yōu)勢，逐漸擴(kuò)展了超級電容器在可穿??戴、微電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用。Ｗｕ等１７（）成功制備了硫摻雜石墨烯納米級微電極，??并獲得５８２?Ｆｘｍ＿３（１０?ｍＶ＇ｓ—１）的超高比電容量和短期常數(shù)為０．２６?ｍｓ的頻率響應(yīng)。??緊接著，為了適應(yīng)多樣化需求，可拉伸自修復(fù)１７１、流動型１７２超級電容器等新型??超級電容器也不斷被幵發(fā)。??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Definitions of Pseudocapacitive Materials: A Brief Review[J]. Yuqi Jiang,Jinping Liu. 能源與環(huán)境材料(英文). 2019(01)
本文編號：3046965
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