【摘 要】
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超级电容器作为一种优异的储能系统,因其功率密度优良、充放电迅速等众多优势被广泛运用到一些电子设备中。但随着经济的迅速发展,能源枯竭与环境污染问题日益严重,这对于储能技术提出了更高的要求。锌离子混合超级电容器（ZHC）作为一种新型的储能系统,不仅结合了电池的高能量密度与超级电容器的高功率密度等优点,更因为高安全性与低成本性而被广泛研究。此外,ZHC的发展不仅仅取决于优异的电化学性能,还需要具备柔性特
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超级电容器作为一种优异的储能系统,因其功率密度优良、充放电迅速等众多优势被广泛运用到一些电子设备中。但随着经济的迅速发展,能源枯竭与环境污染问题日益严重,这对于储能技术提出了更高的要求。锌离子混合超级电容器（ZHC）作为一种新型的储能系统,不仅结合了电池的高能量密度与超级电容器的高功率密度等优点,更因为高安全性与低成本性而被广泛研究。此外,ZHC的发展不仅仅取决于优异的电化学性能,还需要具备柔性特征以满足可穿戴电子储能器件的要求。因此,本文以开发ZHC正极材料为主要研究内容,同时制备了柔性储能器件。（1）将MnO2与碳布（CC）复合制备了具有良好柔韧特性的密集针状结构MnO2@CC复合材料,并与活性碳（AC）负极组装ZHC,得益于高比表面积与离子快速运输动力学,两电极测试中比电容可以达到589 m F cm-2。通过SEM、XRD分析证实了Zn4（OH）6SO4·0.5H2O的存在,并解释了其在CC表面溶解与沉淀过程对于容量的贡献。同时为了提高柔性器件的电化学性能,制备了不同的锌盐电解质,探究了其对于柔性器件电化学性能的影响。（2）以商业V2O5为原料,采用水热法将金属离子与水分子成功嵌入到其层状结构中,制备了一种纳米花状结构的复合材料（NVO）。为了防止较大的水合Zn2+嵌入V2O5层间导致不可逆的相变与结构坍塌,通过共掺杂可在扩大层间距的同时有效稳定结构,并且金属离子的共嵌入大大提高了电极材料导电性。将NVO作为正极,AC电极片作为负极组装了水系ZHC。该混合电容器在正负极质量最佳配比下表现出了优异的性能,0.1 A g-1时获得高容量值为52 m Ah g-1,进行循环5000圈后,容量保持率约为100%,本研究为钒基ZHC提供了一种有效稳定的离子存储策略。（3）为了满足钒基ZHC的机械柔韧性,制备了以CC为基底的NVO@CC正极复合材料。同时利用KOH对表面光滑的CC进行活化处理,CC在保持柔性的基础上,获得粗糙高比表面积,这大大提高了电容性电极的双电层存储能力。由于Cl-能够对水合Zn2+团簇起到脱溶的作用,因此Zn Cl2/PVA作为柔性凝胶电解质组装柔性ZHC,器件表现出267.1 m F cm-2的高面积电容值,并且单个器件能够很轻松点亮计时器,展现出高能量密度(148.4μWh cm-2)与柔性可穿戴方面的实用性,显示了作为柔性器件的巨大潜力。
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