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，

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，工藝較為復雜，價格昂貴，限制了其應用。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用于柔性固態(tài)超級電容器的制備，具體研究內(nèi)容為：
　　（1）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，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