基于活性碳纖維布的準(zhǔn)固態(tài)柔性超級(jí)電容器研究.pdf

1、便攜式電子設(shè)備的高速發(fā)展，對(duì)儲(chǔ)能器件提出了更高的要求，不僅要能儲(chǔ)存更多的能量，而且需要具有機(jī)械韌性，甚至是柔軟的。目前市場(chǎng)上沒(méi)有一款儲(chǔ)能產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能，因此設(shè)計(jì)了一系列基于碳布的柔性超級(jí)電容器，期望能夠滿足市場(chǎng)對(duì)柔性儲(chǔ)能產(chǎn)品的需求。本研究選用商用高導(dǎo)電性活性碳纖維布作為基底材料，通過(guò)電化學(xué)活化、化學(xué)氣相沉積法和高溫煅燒等物理化學(xué)方法提高碳布電化學(xué)性能，或者復(fù)合電化學(xué)活性材料（碳納米管、過(guò)渡金屬氧化物），作為柔性超級(jí)電容器的電極材料

2、;使用凝膠電解質(zhì)，組裝成一系列柔性全固態(tài)儲(chǔ)能器件。具體為活化碳布組裝的超級(jí)電容器(S1)、納米鎳顆粒/多壁碳納米管對(duì)稱型贗電容超級(jí)電容器(S2)和金屬氧化物膜/多壁碳納米管非對(duì)稱型全贗電容超級(jí)電容器(S3)。
　　器件S1將碳纖維布2V恒電壓陽(yáng)極氧化后，通過(guò)1000℃以上高溫煅燒處理，其容量較未處理的碳布提高了100倍以上，其面積容量可以達(dá)到0.01mAh/cm2，且制作工藝簡(jiǎn)單環(huán)保，適合工業(yè)化量產(chǎn)。
　　器件S2使用一步合

3、成的納米鎳顆粒/多壁碳納米管作為同樣的正、負(fù)極，既能利用嵌入其中的高活性鎳顆粒在正電壓區(qū)間的法拉第電容，又可以利用碳納米管在負(fù)電壓區(qū)間的雙電層電容，且通過(guò)調(diào)配二者容量相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)容量利用率最大化，在恒電流測(cè)試條件下，電流密度為50mA/cm2時(shí)，其電容量為0.288F/cm2。使用兩個(gè)完全相同的Ni//CNTs電極組裝成對(duì)稱型超級(jí)電容器，充電僅五秒后，能成功地驅(qū)動(dòng)一個(gè)小型電動(dòng)馬達(dá)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)1分鐘。本研究首次制成了可不區(qū)分正負(fù)極、正反向均能充

4、電的對(duì)稱型贗電容超級(jí)電容器。
　　器件S3使用包覆過(guò)渡金屬氧化物活性材料（氧化鎳和氧化鐵）的稠密網(wǎng)狀多壁碳納米管分別作為正、負(fù)極，提高導(dǎo)電碳布的空間利用率，且通過(guò)正負(fù)極法拉第反應(yīng)，提供更大的贗電容容量，在恒電流測(cè)試條件下，電流密度為5mA/cm2時(shí)，正極電容量為2.23F/cm2，負(fù)極電容量為2.42F/cm2。具有穩(wěn)定的放電電壓1.2V，其能量密度與電池相當(dāng)，全電容能量密度可達(dá)1mAh/cm2。
　　該系列儲(chǔ)能器件均具有優(yōu)