论文部分内容阅读
柔性超级电容器是储能技术的前沿,近年来由于其在现代可穿戴电子领域的重大突破而受到广泛关注。聚苯胺（PANI）存在各种氧化态且具有可调节的赝电容性能,既可以用作导电剂,也可以直接用作电活性材料,因此被广泛应用在能量存储领域。然而PANI的刚性分子链导致其无法单独作为柔性超级电容器的组件,而且倍率性能差以及在循环充放电过程中产生的体积变化导致的稳定性差等缺陷,为此本文采用不同方法制备的石墨烯基材料为柔性基体,并通过不同方法将刚性聚苯胺引入石墨烯层间制备具有优异稳定性的柔性超级电容器。首先,采用温和的方法利用对苯二胺对GO进行了表面修饰,能够有效阻止石墨烯的重新堆积制得略微皱缩的石墨烯纳米片。经过PPD改性后的石墨烯（PGO）形态略微皱缩表面基团丰富,使得PANI纳米棒能够很好地分散在PGO纳米片中,经过真空抽滤和还原后,制备了蜂窝状的石墨烯基多孔网络复合膜。以此方法制得的PANI@rPGO复合膜电极的比电容值高达734.4 F g-1(0.5 A g-1),5000次循环后仍有110%的电容保持率。在0.5 A g-1的电流密度下,以PANI@rPGO复合膜电极组装得到的柔性对称超级电容器（SSCs）的质量和面积比电容值分别为564.5 F g-1和2015.2 mF cm-2,能量密度为12.5 Wh kg-1(39.4mWh cm-2),功率密度为199.3 W kg-1(627.6 mW cm-2)。此外,SSCs还显示出了令人满意的循环稳定性和柔韧性。其次,以石墨粉（GP）为“间隔”,通过湿法纺丝膨胀氧化石墨烯（EGO）,再经过化学还原制备了蜂窝状rEGO/GP纤维。通过原位电化学聚合吸附在蜂窝状rEGO/GP纤维中的苯胺单体,将PANI引入到rEGO/GP纤维“框架”内部,制备了具有柔性、可弯曲和可打结的PANI@rEGO/GP电极,应用于高性能纤维状固态超级电容器。与传统的PANI包覆的石墨烯基纤维电极相比,PANI@rEGO/GP纤维电极的电化学循环稳定性得到了明显的提升,在高性能纤维状固态超级电容器中具有实际应用前景。最后,我们研究了不同尺寸的“间隔”对石墨烯纤维内部的形貌结构和纤维电极的电化学性能的影响,并把PANI引入“蜂窝状”的石墨烯纤维中,制备组装了高性能的柔性固态对称超级电容器。电流密度为0.5 A cm-3时,rEGO/CB-30%和rEGO/NC-30%纤维电极的比电容值分别为75.7和113.0 F cm-3,PANI@rEGO/CB和PANI@rEGO/NC电极的体积比电容值分别为130.5和177.5F cm-3。将PANI@rEGO/NC电极组装成超级电容器,在电流为0.103 mA cm-1时,SCs的比电容值为40.7 mF cm-1。结果表明,孔结构更丰富的石墨烯纤维具有优秀的储能性能,蜂窝状PANI@rEGO/NC纤维电极在柔性对称固态超级电容器领域有着巨大的应用潜力。