柔性储能电极材料开发与3D打印在柔性储能器件中的应用

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二十一世纪以来,随着科学技术的快速进步,人们生活中对电子器件的需求与日俱增。电子器件的发展也逐渐向着柔性化,小型化以及集成化方向。然而,目前为电子器件供电的储能器件由于其无法弯折,能量密度低,体积较大等缺点严重制约了新型电子器件的发展。因此,通过电极材料的开发,新的制造工艺以及储能器件与电子器件的一体化集成等方法,开发出新型高能量密度,小型化的柔性储能器件是目前研究的热点。本文以柔性储能器件作为基本出发点,从特色柔性储能电极材料的制备,到引入3D打印作为柔性储能器件的新型制造工艺,再到柔性电子器件与柔性储能器件的一体化系统研究,对高能量密度,小型化的柔性储能器件的开发进行了系统化的研究。
  本文首次提出选用磷酸钒锂与铌酸钛作正负极材料组装柔性锂离子电池。柔性锂离子电池作为柔性储能技术的重要分支,相比与传统锂离子电池,更加强调器件的安全性能。因此,安全性好、循环稳定、性能优良的正负极材料磷酸钒锂与铌酸钛,并以聚对苯二乙酸乙二醇酯/铟锡氧化物作为集流体,固体电解质膜作为隔膜电解质,组装成的柔性锂离子电池,具有很大的生产与研发前景。
  高能量密度的电极材料是柔性超级电容器的一个研究重点。本文通过水热法合成了几种高能量密度的复合电极材料用于柔性超级电容器电极并对其性能进行了测试。
  3D打印技术作为一种新型的制造工艺,具有可以从微米尺度甚至纳米尺度精确控制成型的优势。本文将3D打印技术引入柔性超级电容器电极以及器件的制造中,开发出可控形状的3D打印石墨烯气凝胶/二氧化锰复合电极,以及全打印的超强可拉伸液态金属/氧化锌/氧化锰超级电容器电极。
  同时,将3D打印石墨烯气凝胶/二氧化锰复合电极用作一种对称柔性超级电容器,首次将这种对称超级电容器与一种新型柔性电子器件——摩擦纳米发电机——集成为一体化系统,并对其性能进行了测试,为未来柔性电子器件的集成化,微型化,自供电的特点提供了指导意义。
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