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近些年来,全固态超级电容器因其良好的柔性和安全不易泄漏的特点,越来越受到各国研究者的重视。这是因为利用超级电容器作为储能元件的智能纺织品,在生物医学领域如健康信息化、医疗监测等方面具有非常突出的应用。并且与使用液态电解质的传统超级电容器相比,使用固态电解质会使超级电容器更加安全且更能满足超级电容器的可穿戴特性。为了达到这个目标,首先人们尝试采用聚吡咯等织物电极,与目前常见的多孔碳材料涂层电极相比,聚吡咯/棉织物电极不仅具有无可比拟的柔性和可拉伸性能,还有质轻、低成本和无毒性的特点,并且具有较高的电导率,更满足织物电极柔性可穿戴的特性。同时,织物电极必须与固态且柔性良好的电解质相匹配,才能充分体现可穿戴的特征,因此必须研发与聚吡咯/棉织物电极相匹配的固态电解质用于超级电容器的组装。而现阶段全固态超级电容器的研究多针对的是非柔性电极,如采用Ni(OH)2/活性炭作为电极,并开发相应的PVA(聚乙烯醇)-PAAS(聚丙烯酸钠)-KOH-H2O体系固态电解质,虽然电化学性能有所改善,但是非柔性电极使其可穿戴性大大降低。另外,相关研究的侧重点多是关于如何制作固态电解质及如何组装电容器,但未对电解质的物理、化学特性及其稳定性方面进行探索。课题完成的主要工作是,研究一种与聚吡咯/棉织物电极相匹配且性能良好的固态电解质并用于超级电容器的组装。通过实验选择合适的基础电解质和凝胶物质来组成凝胶电解质,并且保证其粘度、电导率和电化学等特性随着时间具有一定的稳定性。最后通过一定的方法完成固态超级电容器的组装,并对其电化学特性进行表征。围绕这些问题,课题进行了以下研究:(1)课题以棉织物作为基布对其进行化学聚合,并且对制备的聚吡咯导电织物进行电学性能测试,以检验制备导电织物的导电性。然后利用基础电解质和凝胶物质共混的方法制备凝胶电解质,既保证了电化学性能,又使其具备良好的柔性。在电化学工作站上搭建两电极体系,利用交流阻抗图谱和CV曲线的测试方法来采集电化学信号。(2)在酸类、碱类和无机盐类中对基础电解质进行了选择,不仅对比了它们在两电极体系下的电化学特性,而且考察了它们与聚吡咯电极之间的适应性。另外也对各类电解质与凝胶物质是否能够形成均一体系进行了测试,通过实验得出质量分数5%的PVA产生沉淀所需的各种无机盐溶液用量。关于凝胶物质聚乙烯醇的选择,则通过综合考虑电解质的粘度特性和所组成超级电容器的性能来确定。(3)凝胶电解质粘度、电导率和电化学性能的变化直接影响组装后超级电容器的特性,因此需通过粘度和电导率测试装置及电化学特征图谱对这些指标随时间的变化进行监测。对时间稳定性的改善可从凝胶电解质的粘度入手,而粘度稳定性可以通过添加有机或无机添加剂予以改善,这些添加剂的效果是依赖其添加量的,因此需选取合适的有机添加剂,并通过测试不同添加率下对粘度稳定性的改善效果,最终确定最佳添加率。(4)基于最佳条件下的凝胶电解质以及制作完成的聚吡咯/棉织物电极,对固态超级电容器进行组装。并通过恒流充放电曲线和比电容的测试,考察组装后超级电容器的充放电可逆性和循环寿命,以及不同电压扫速下的比电容值。基于以上研究得到了如下结论:由于碱性物质与聚吡咯导电聚合物不可共存,而中性无机盐类会使PVA发生沉淀,因此中强酸H3PO4是基础电解质的较优选择;相比于其他牌号,PVA-1750因其水溶液具有合适的粘度,以及在高粘度下依然能够保持电容性质的特点,是组装基于聚吡咯/棉织物电极的全固态超级电容器时所需凝胶物质的较优选择;PVA-H3PO4体系的粘度会随时间的推移而增加,同时伴随着离子电导率和电化学特性的减弱,而添加率为12%的吡啶加入后,使其粘度和电导率分别稳定在1.1Pa·s和53mS/cm左右,电化学特性的稳定性得到明显的改善;组装后的超级电容器经恒流充放电1000次后,电势保持率为98%,CV曲线在-0.3~0.7V电势窗口内能够保持稳定,比电容最高可达13.8F/g,电容特性良好。