光敏感超级电容器电极制备及能量转换存储机理研究

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超级电容器因其具备瞬时大电流充放电、循环寿命长等特点而获得了较为广泛的关注。除了提高超级电容器本身电化学性能外,器件的多功能化和智能化也成为了研究热点。在目前光能到电能转换存储系统的研究中,由于常规太阳能电池与超级电容器的连接系统过于复杂,增加了能量损耗以及成本,也不满足便携式、可穿戴器件的要求,因此需要制备具有光响应的能量转换存储一体化的器件。例如,具有光敏感性能的超级电容器。制备光电化学性能良好的光敏感超级电容器,需要考虑所构建结构的合理性与电极材料的适配性。本文中我们制备了ZnO@Mn O2/FTO与rGO@V2O5/FTO复合光敏电极,分别研究了两种复合电极的电化学性能与光增益性能。此外,我们组装了两种不同类型的光敏感超级电容器,并对其能量转换存储机理进行了探索。本论文的研究工作主要包括:(1)ZnO@Mn O2/FTO复合光敏电极制备、光电化学性能及能量转换存储机理研究。在导电玻璃(FTO)基底上通过种子层水热法生长ZnO纳米棒阵列,再二次水热在ZnO纳米棒阵列上生长Mn O2纳米片层,制备得到ZnO@Mn O2/FTO复合光敏电极。由于光热效应,ZnO@Mn O2/FTO复合光敏电极在1.0标准太阳光(1000W/m~2)的光照条件下,电极内阻出现明显降低,电极材料电导率升高,该复合光敏电极相比无光环境下比电容值的最大光增益为142.49%。此外,采用KOH-PVA凝胶电解质构建了ZnO@Mn O2/FTO全固态对称光敏感超级电容器,该器件表现出良好的光电化学性能和较高的响应灵敏度。在1.0标准太阳光的光照条件下,该光敏感超级电容器相比无光环境下比电容值的最大光增益为330.91%。(2)rGO@V2O5/FTO复合光敏电极制备、光电化学性能及能量转换存储机理研究。首先,通过一步水热法构建还原氧化石墨烯(rGO)纳米片担载V2O5纳米线的rGO@V2O5复合结构材料,再将制备好的rGO@V2O5粉末分散在溶剂中旋涂到FTO基底上构建rGO@V2O5/FTO复合光敏电极,并研究了不同浓度rGO对该复合光敏电极光电化学性能的影响。由于光电效应,rGO@V2O5/FTO复合光敏电极在1.0标准太阳光的光照条件下,产生了额外光电流,提高了充放电过程中的电流密度,电极材料整体的比电容增加,该复合光敏电极相比无光环境下比电容值的最大光增益为114.01%。此外,组装了rGO@V2O5/FTO//C/NF非对称光敏感超级电容器,该器件同样表现出良好的光电化学性能和较高的响应灵敏度。在1.0标准太阳光的光照条件下,该光敏感超级电容器相比无光环境下比电容值的最大光增益为129.16%。
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