论文部分内容阅读
近年来,柔性储能装置在便携式可穿戴电子设备的应用中得到了广泛关注。其中,超级电容器因功率密度高、充放电速率快、循环寿命长等特点被认为是一种重要的可靠电源。与平面超级电容器相比,电极的线形设计更容易适应复杂的变形,如弯曲、扭转、拉伸等,因此更适合于柔性器件。然而,传统纤维结构有限的表面积和活性材料反应动力学的限制不利于纤维型超级电容器的实际应用。因此,如何在纤维基集流体上实现高负载活性材料的可控制备,同时解决活性材料反应动力学问题,实现高的电化学性能并保持超高的循环稳定性,一直都是纤维型超级电容器的研究重点。本论文采用新型的原位腐蚀生长方法,在一维铜线集流体上将铜掺杂的由镍钴层状双金属氢氧化物包裹的碱式碳酸钴铜（CoCu@NiCo-LDH）核壳纳米线阵列集成到高电导率的Au-CuO纳米片阵列上（CoCu@NiCo-LDH NWAs@Au-CuO/Cu纤维电极）,构建了一种高效的多组分分级结构纤维电极。本论文进一步研究了CoCu@NiCo-LDH纳米线阵列以及Au-CuO纳米片阵列之间的协同效应,揭示了材料分级结构构建和电化学性能提升机理。主要研究成果如下:（1）CoCu@NiCo-LDH NWAs@Au-CuO/Cu纤维电极的制备及电化学性能研究。采用碱性氧化蚀刻液（AOES）浸渍法以及原位腐蚀生长法在铜线表面生长CoCu@NiCo-LDH NWAs@Au-CuO分级双阵列纳米结构。铜纤维上的这种多组分分级结构具有较大的比表面积,可实现电解液的充分渗透。铜掺杂促进电子传输,使电极具有更快的电荷转移动力学。因此,有效的离子扩散和电子输运有利于电极的电化学反应动力学。得益于该分级双阵列结构,CoCu@NiCo-LDH NWAs@Au-CuO/Cu电极在6.67 A g-1时展现了1.97 F cm-2(1237.2 F g-1)的高比容量,在100 A g-1时电容保持率为79.22%。经过30000次循环后,电容保持率为90.8%,具有超高的循环稳定性。（2）一维混合型超级电容器CoCu@NiCo-LDH NWAs@Au-CuO/Cu//VN/碳纤维电化学性能研究。经过容量匹配组装的CoCu@NiCo-LDH NWAs@Au-CuO/Cu//VN/碳纤维混合型线型超级电容器,其最大能量密度为34.97 Wh kg-1,功率密度为13.86 kW kg-1,并在10000次循环后电容保持率为94.6%。这种独特的多组分分级结构在高性能可穿戴和可折叠能源应用方面显示出巨大潜力。