【摘 要】
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超级电容器(SCs)是新兴的一种储能装置,由于具有功率密度高、充放电速度快、循环稳定性好等特点,引起了人们的广泛关注。目前人们对柔性、可穿戴的便携式储能装置的需求越来越
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超级电容器(SCs)是新兴的一种储能装置,由于具有功率密度高、充放电速度快、循环稳定性好等特点,引起了人们的广泛关注。目前人们对柔性、可穿戴的便携式储能装置的需求越来越大,并主要致力于提高它的能量密度、比电容值、循环寿命等特性。超级电容器的电容性能受电极材料、电解质、隔膜等的影响,因此不仅可以通过改变电极材料改善其电容性能,也可以选择合适的电解质提高电容性能。此外,石墨烯是由碳原子以六元环形式排列的单原子层结构,但由于石墨烯层间存在范德华力的作用,在水溶液中易发生团聚,限制了它在许多领域中的应用。因此,需要制备水溶性好的还原氧化石墨烯。本文对柔性线形超级电容器在不同电解质中的电容性能进行了系统的研究,并探索出了一种简单的、环保的方法制备具有良好水溶性的还原氧化石墨烯,为以后制备石墨烯与导电聚合物的复合材料奠定了基础。(1)在碳纤维(CFs)基底上电化学沉积掺杂十二烷基苯磺酸根离子(DBS)的聚吡咯(PPy),制得电极材料PPy/DBS/CFs,组装成柔性超级电容器。用扫描电子显微镜(SEM)观察其表观形貌,用循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)研究了在不同凝胶电解质中的电容性能。研究表明,不同的电解质对相同电极材料的电容性能有重要的影响,在氯化锂电解质中,电极材料PPy/DBS/CFs的比电容值能达到29.0 mF cm-1,在电流密度为1.5 A cm-3时,它的能量密度和功率密度分别能达到1.20 mWh cm-3和0.59 W cm-3,经过5000圈的循环伏安稳定性测试,比电容值仍能保留90.5%。(2)通过电化学沉积法在CFs基底上沉积掺杂氯离子(Cl-)的PPy,用SEM观察其表观形貌,用X射线光电子能谱(XPS)表征了掺入PPy中的不同阴离子在氧化态和还原态的含量,在不同的凝胶电解质中将电极材料组装成超级电容器,通过CV、GCD、EIS的电化学方法测试了其电容性能。结果表明基于H3PO4/PVA电解质的超级电容器在电流密度为0.1 mA cm-1时比电容值为41.6 mF cm-1,经15000圈循环伏安测试,电容值仍能保留91.5%,具有良好的循环稳定性,并通过XPS的测试结果详细解释了在各电解质中电容性能不同的原因。(3)通过用抗坏血酸(L-AA)和对氨基苯磺酸重氮盐一锅反应合成磺酸功能化的石墨烯(S-rGO),然后用紫外可见光谱(UV)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼(Raman)、XPS、X射线粉末衍射(XRD)等方法对其结构进行表征;并用电化学方法对它的电容性能进行了研究。结果表明S-rGO不仅具有良好的水溶性,而且具有高的电导率。最佳优化条件下的S-rGO的比电容值能达到205 Fg-1,经循环伏安10000圈后,其比电容值仅值下降3.9%。
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