織物纖維表面導(dǎo)電聚合物-碳復(fù)合材料的構(gòu)筑及電化學(xué)電容性能研究.pdf

1、能源的開發(fā)與使用一直是人類發(fā)展的核心主題，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，核能、風(fēng)能、潮汐能、太陽能等新型能源也得到了迅速的發(fā)展與普及。在能源存儲器件研究方面，電化學(xué)電容器逐漸成為了研究的重點。電化學(xué)電容器作為一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型環(huán)保儲能器件，具有比傳統(tǒng)電容器更高的能量密度以及比電池更高的功率密度。[1]與此同時，在電子器件微型化與智能化的發(fā)展背景下，人們對儲能器件的輕便性、柔韌性、能量密度提出了更高的要求，因此，具備輕便、柔性、高能

2、量密度特性的電化學(xué)電容器將有非常大的發(fā)展前景。
　　本課題使用織物作為電極材料基底制備出了具有輕薄、柔性性能優(yōu)異、能量密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好、成本低廉等諸多優(yōu)點的柔性電化學(xué)電極材料。課題選用滌綸織物作為電極材料基底，以碳材料（石墨烯和碳納米管）在滌綸纖維表面構(gòu)筑三維連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)表面進一步生長聚苯胺贗電容材料來提升電極的電化學(xué)性能。并合理的制備出了聚苯胺/石墨烯/滌綸復(fù)合電極與聚苯胺/碳管/石墨烯/滌綸兩種復(fù)合織物柔性電

3、極材料，探索其在柔性電化學(xué)電容器的應(yīng)用。本課題的研究內(nèi)容包括：
　　（1）選擇滌綸織物作為電極基底，使用簡單的浸漬-烘干工藝在滌綸纖維表面包裹片狀GO，然后使用NaBH4化學(xué)還原法將包裹在纖維表面的 GO還原為石墨烯，制備出了石墨烯/滌綸導(dǎo)電材料。系統(tǒng)地研究了不同還原條件對電極材料電阻的影響。最終將制備出的石墨烯/滌綸導(dǎo)電材料的方阻優(yōu)化至316/sq。
　?。?）使用優(yōu)化好的石墨烯/滌綸導(dǎo)電材料作為基底，采用原位聚合法在石墨

4、烯/滌綸纖維表面生長了一層致密、多孔的聚苯胺納米線陣列。通過對原位聚合工藝進行優(yōu)化制備出了電化學(xué)性能最佳的聚苯胺/石墨烯/滌綸復(fù)合電極。工作中系統(tǒng)地研究了不同合成條件對其電極結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。在苯胺和過硫酸銨摩爾比為4:1，反應(yīng)溫度為0℃，反應(yīng)時間為12h的最佳合成條件下，所制備出的聚苯胺/石墨烯/滌綸復(fù)合電極在電流密度為1A/g時，其比電容達到了1293F/g，并表現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和柔性性能，在8A/g的電流密度下充放電3

5、000次后電容保留率達到了95％。與此同時，該柔性電極折疊1000次后電極的電容和電阻基本沒有變化。為進一步檢測該電極在實際應(yīng)用中效果，本工作以聚苯胺/石墨烯/滌綸復(fù)合電極材料作為電極，PVA/H2SO4作為固態(tài)電解質(zhì)，PET透明薄膜為密封材料，組裝出了全固態(tài)對稱電化學(xué)電容器。該電容器在掃描速率為5 mV/s條件下，比電容可達251F/g，在柔性測試中也表現(xiàn)出了良好的柔性電化學(xué)性能。
　?。?）利用多壁碳納米管，通過電沉積工藝在前

6、期制備的石墨烯/滌綸導(dǎo)電材料上進一步構(gòu)筑碳基三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，制備出了碳管/石墨烯/滌綸復(fù)合電極。系統(tǒng)地研究了不同合成條件對電極材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。最終優(yōu)化出的碳管/石墨烯/滌綸電極電阻為170/sq。在5mV/s掃描速率下，面電容是0.0925F/cm2。為進一步提升碳管/石墨烯/滌綸復(fù)合電極的電化學(xué)性能，本工作進一步在碳管/石墨烯/滌綸電極表面生長聚苯胺，從而制備出了聚苯胺/碳管/石墨烯/滌綸復(fù)合織物電極材料。該復(fù)合電極的面電容