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作为新型电能储存器件,超级电容器因具有高的功率密度、极快的充放电速率和长的循环寿命而被广泛研究。随着人们对储能器件便携性及可穿戴性要求的日益增加,因其高质量/体积能量密度、高度柔性和质轻等优点,柔性固态超级电容器在柔性储能系统、柔性显示器件甚至可穿戴储能器件等方面的应用逐渐受到世界范围内的重视。目前,大量制备兼具有优秀电化学性能和良好机械强度的柔性固态超级电容器仍然存在很多困难:(1)已经报道的柔性固态超级电容器存在非常严重的尺寸效应,即性能随着器件尺寸的增大严重下降;(2)现有的柔性电容器成本较高,工艺较为复杂,价格昂贵,限制了其应用。本文通过水热的方法在廉价的不锈钢网表面包覆了氮原子掺杂的碳膜,这样改性的不锈钢网可作为集流体负载各种有机和无机活性物质,从而获得高性能电极材料以应用于柔性固态超级电容器的制备,具体研究内容为: (1)负载二氧化锰的碳包覆不锈钢网作为超级电容器电极的性能研究:本文首先使用商售的316型不锈钢网,浸入含有双氰胺的葡萄糖水溶液中进行水热碳化包覆,利用葡萄糖的不完全碳化过程引入含氧集团,同时使用氮掺杂的方法来提高碳包覆不锈钢网的导电性。随后的实验数据表明,改性不锈钢网具有优秀的导电性,且表面均匀分布羟基、氨基等官能团,可与金属氧化物、导电聚合物等材料很好的结合。 以改性不锈钢网为基底,通过其表面包覆碳膜和高锰酸钾在水热条件下的反应,可以在其表面均匀负载二氧化锰纳米片阵列。与传统的浆料涂布方法相比,这种方法制备电极时不需要使用粘结剂。同时碳层中的含氧基团可与金属氧化物纳米颗粒相互作用,提高活性物质二氧化锰与集流体之间的结合力。在三电极电容器性能测试中,该电极在0.05mA cm-2(~0.1 A g-1)的充放电速率下表现出382.95 F g-1的高容量,且在1A g-1下循环1000圈依然具有良好的稳定性。 (2)以负载聚苯胺的改性不锈钢网制备柔性固态超级电容器及其性能研究:采用低温缓慢聚合法,在改性不锈钢网上可以均匀负载聚苯胺纳米线阵列,不锈钢网表面碳膜中的氧原子和氮原子同样可以和聚苯胺相互作用,提高材料之间的亲和力。与直接在不锈钢网上负载聚苯胺相比,使用氮掺杂的碳层包覆的不锈钢网作为集流体的超级电容器电极表现出更好的倍率性能和更高的比容量。在三电级测试体系中,该电极在0.05mA cm-2的充放电速率下表现出1224F g-1的超高容量。除此之外,我们把所获得的电极组装成柔性固态超级电容器,获得了188F g-1的高比容量和122.6 mF cm-2的高面积容量。更为重要的是,基于该法制备的柔性固态超级电容器尺寸达到40 cm2时,其单位面积的容量依然得以保持,具有很好的应用前景。