柔性固態(tài)超級電容器材料的宏量制備和性能研究.pdf

1、作為新型電能儲存器件，超級電容器因具有高的功率密度、極快的充放電速率和長的循環(huán)壽命而被廣泛研究。隨著人們對儲能器件便攜性及可穿戴性要求的日益增加，因其高質(zhì)量/體積能量密度、高度柔性和質(zhì)輕等優(yōu)點，柔性固態(tài)超級電容器在柔性儲能系統(tǒng)、柔性顯示器件甚至可穿戴儲能器件等方面的應(yīng)用逐漸受到世界范圍內(nèi)的重視。目前，大量制備兼具有優(yōu)秀電化學(xué)性能和良好機械強度的柔性固態(tài)超級電容器仍然存在很多困難：（1）已經(jīng)報道的柔性固態(tài)超級電容器存在非常嚴重的尺寸效應(yīng)，

2、即性能隨著器件尺寸的增大嚴重下降；（2）現(xiàn)有的柔性電容器成本較高，工藝較為復(fù)雜，價格昂貴，限制了其應(yīng)用。本文通過水熱的方法在廉價的不銹鋼網(wǎng)表面包覆了氮原子摻雜的碳膜，這樣改性的不銹鋼網(wǎng)可作為集流體負載各種有機和無機活性物質(zhì)，從而獲得高性能電極材料以應(yīng)用于柔性固態(tài)超級電容器的制備，具體研究內(nèi)容為：
　?。?）負載二氧化錳的碳包覆不銹鋼網(wǎng)作為超級電容器電極的性能研究：本文首先使用商售的316型不銹鋼網(wǎng)，浸入含有雙氰胺的葡萄糖水溶液中進

3、行水熱碳化包覆，利用葡萄糖的不完全碳化過程引入含氧集團，同時使用氮摻雜的方法來提高碳包覆不銹鋼網(wǎng)的導(dǎo)電性。隨后的實驗數(shù)據(jù)表明，改性不銹鋼網(wǎng)具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性，且表面均勻分布羥基、氨基等官能團，可與金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物等材料很好的結(jié)合。
　　以改性不銹鋼網(wǎng)為基底，通過其表面包覆碳膜和高錳酸鉀在水熱條件下的反應(yīng)，可以在其表面均勻負載二氧化錳納米片陣列。與傳統(tǒng)的漿料涂布方法相比，這種方法制備電極時不需要使用粘結(jié)劑。同時碳層中的含氧基團可

4、與金屬氧化物納米顆粒相互作用，提高活性物質(zhì)二氧化錳與集流體之間的結(jié)合力。在三電極電容器性能測試中，該電極在0.05mA cm-2(~0.1 A g-1)的充放電速率下表現(xiàn)出382.95 F g-1的高容量，且在1A g-1下循環(huán)1000圈依然具有良好的穩(wěn)定性。
　?。?）以負載聚苯胺的改性不銹鋼網(wǎng)制備柔性固態(tài)超級電容器及其性能研究：采用低溫緩慢聚合法，在改性不銹鋼網(wǎng)上可以均勻負載聚苯胺納米線陣列，不銹鋼網(wǎng)表面碳膜中的氧原子和氮原子

5、同樣可以和聚苯胺相互作用，提高材料之間的親和力。與直接在不銹鋼網(wǎng)上負載聚苯胺相比，使用氮摻雜的碳層包覆的不銹鋼網(wǎng)作為集流體的超級電容器電極表現(xiàn)出更好的倍率性能和更高的比容量。在三電級測試體系中，該電極在0.05mA cm-2的充放電速率下表現(xiàn)出1224F g-1的超高容量。除此之外，我們把所獲得的電極組裝成柔性固態(tài)超級電容器，獲得了188F g-1的高比容量和122.6 mF cm-2的高面積容量。更為重要的是，基于該法制備的柔性固態(tài)超