高儲(chǔ)能器件薄膜電極制備與研究.pdf

1、超級(jí)電容器因具有比容量大、功率密度高、充放電速度快、綠色環(huán)保、免維護(hù)、低成本等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)、軍事國(guó)防和航空航天等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著便攜式、可穿戴電子設(shè)備發(fā)展，小型化無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和其他自供能微系統(tǒng)的研究引起了科學(xué)家的極大興趣。為了滿(mǎn)足微型化電子設(shè)備在生物、醫(yī)學(xué)和環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用，人們對(duì)可以實(shí)現(xiàn)自供能微系統(tǒng)的需求日益增加。其中，微型超級(jí)電容器由于可以作為自供能器件的儲(chǔ)能元件被集成在微系統(tǒng)上而受到人們的廣泛關(guān)注。為

2、了提高超級(jí)電容器件的電化學(xué)性能，開(kāi)發(fā)具有電導(dǎo)率高、比表面積大的納米復(fù)合材料電極成為超級(jí)電容器的核心研究?jī)?nèi)容。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、胚x擇簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可控的氣相聚合沉積工藝制備聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）薄膜，系統(tǒng)研究氣相聚合沉積工藝條件：氧化劑濃度，聚合時(shí)間及聚合溫度對(duì)PEDOT薄膜的形貌和電化學(xué)性能的影響，尋找最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明：當(dāng)氧化劑濃度為30％，聚合時(shí)間為80min，聚合溫度為30℃時(shí)，制備的PEDOT納米

3、薄膜表面呈現(xiàn)出孔洞結(jié)構(gòu)，這些三維的孔洞結(jié)構(gòu)有利于電解液離子的進(jìn)出，增加薄膜的比表面積。經(jīng)過(guò)電化學(xué)性能測(cè)試，計(jì)算出PEDOT薄膜的比容量為8.20mF/cm2。
　?、撇捎脷庀嗑酆铣练e工藝制備了PEDOT/石墨烯復(fù)合薄膜，并對(duì)復(fù)合薄膜進(jìn)行紅外光譜、紫外-可見(jiàn)光譜、拉曼光譜、X射線(xiàn)衍射譜及電子顯微鏡等測(cè)試表征，說(shuō)明氣相聚合工藝可以有效合成PEDOT/石墨烯復(fù)合薄膜。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明：PEDOT/石墨烯復(fù)合薄膜顯示出166.37F/c

4、m3的比容量，經(jīng)過(guò)5500次循環(huán)仍能保持91%的容量，顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。將PEDOT和PEDOT/石墨烯薄膜分別組裝成“三明治”結(jié)構(gòu)的微型超級(jí)電容器，并對(duì)組裝的微型器件的電化學(xué)性能做出評(píng)價(jià)。
　?、窃O(shè)計(jì)并制備了一種PEDOT:PSS/石墨烯/PEDOT三元復(fù)合薄膜材料，其結(jié)構(gòu)和形貌表征結(jié)果說(shuō)明，氣相聚合工藝能成功制備PEDOT:PSS/石墨烯/PEDOT三元復(fù)合薄膜材料。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明：在1A/cm3的電流密度下，此復(fù)合

5、薄膜電極顯示出231.85 F/cm3的高比容，經(jīng)過(guò)5500次循環(huán)測(cè)試后，其容量保持率高達(dá)94%?；诖巳獜?fù)合薄膜電極組裝的叉指型平面微型超級(jí)電容器件顯示出良好的電容性能，在0.02 A/cm3電流密度下該微型器件的比容量為9.67F/cm3。
　?、冉Y(jié)合旋涂、共淀沉積和氣相聚合沉積方法，制備PEDOT:PSS/MnO2/PEDOT三元復(fù)合薄膜材料，其結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明：對(duì)氣相聚合前的基底進(jìn)行預(yù)處理，可使氣相聚合沉積

6、后的復(fù)合薄膜呈現(xiàn)出一種均勻、呈納米級(jí)的孔洞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此多孔結(jié)構(gòu)有利于增大薄膜比表面積，增強(qiáng)薄膜的電化學(xué)性能。在1 A/cm3的電流密度下，此復(fù)合薄膜的比容高達(dá)431.42F/cm3，這一數(shù)值是純PEDOT薄膜比容值的5倍。對(duì)此三元復(fù)合薄膜組裝的叉指型平面微型超級(jí)電容器件進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，測(cè)得微型器件的比容量為13.64 F/cm3，并且具有良好的柔韌性和實(shí)用性。
　?、稍O(shè)計(jì)制備一種光雕石墨烯/二氧化錳（LSG/MnO2）復(fù)合薄膜