碳复合电极材料的制备及柔性超级电容器的组装

来源 :齐鲁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:steve0309
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碳材料以其良好的导电性、优异的机械性能和柔韧性以及质量轻等特点,被广泛用作超级电容器电极材料。但是,由碳材料组装的超级电容器存在能量密度低的缺点。根据公式E=CV2/2,提高电极材料的比容量和扩大超级电容器的工作电势窗口,是提高超级电容器能量密度的必然选择。采用中性电解液可以扩大电极材料的工作电势窗口。论文第一部分制备了还原态氧化石墨烯/聚合物量子点(rGO/PDs)复合材料,以1 mol L11 Na2SO4为电解液,评价了其电化学性能;采用可控电化学电荷注入技术,获得了输出工作电势达1.7 V的对称式超级电容器。研究结果表明:(1)PDs的存在能够减轻rGO叠合现象,提供赝电容,提高复合材料的比表面积。(2)GO/PDs的重量比对rGO/PDs纳米复合材料的电化学性能有重要影响。GO与PDs质量比为1:1时制备的目标产物rGO/PDs-1有较好的电化学性能。(3)所组装的柔性超级电容器,在0.5 A g-1下循环5000圈,其容量保持率为90.6%,能量密度为7.1 W h kg-1,对应的功率密度为85 W kg-1,输出工作电势达1.7 V。组装非对称式超级电容器是扩大器件工作电势窗口的另一种有效方法。论文第二部分以废旧锌锰干电池碳包(RCP)为正极材料,氮掺杂的碳包覆NaTi2(PO43(NTP/C)为负极材料,组装了NTP/C‖RCP非对称式柔性超级电容器,评价了其电化学性能。研究结果表明:(1)以1 mol L-1 Na2SO4为电解液,在三电极体系中,RCP在1 A g-1下可提供100 F g-1的质量比容量。在1 A g-1下循环5000圈,比容量保持为86 F g-1,库仑效率接近100%。(2)以1 mol L-1 Na2SO4为电解液,在1和10 A g-1下,NTP/C的比容量分别为320和273 F g-1。NTP/C优良的倍率性能归因于其氮掺杂的碳层和较高的比表面积。(3)以1 mol L-1 Na2SO4为电解液,所组装的NTP/C‖RCP非对称式柔性超级电容器,在0.5 A g-1下,能量密度达17.8 W h kg-1,对应的功率密度为503W kg-1,经2000次循环后其能量密度仍保持15 W h kg-1
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