基于廉价碳毡的柔性电极的制作及其电化学性能研究

来源 :浙江农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:macgrady2006
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柔性储能器件制作的关键技术在于把电极柔性化,并通过器件封装工艺使之具有良好的环境适应性和化学稳定性。其中,电极材料的种类、结构、成分对器件的电化学性能有着决定性的影响。当前的大部分自支撑碳基电极材料存在合成路线复杂、成本较高的问题。本论文研究以廉价的商用碳毡(CF)为原材料,通过活化工序获得了高电化学活性的柔性电极材料,并基于这些柔性电极材料组装制备出了性能优异的柔性超级电容器和锌离子电池。其论文主要内容如下:(1)选用低成本的商用碳毡,通过碱液浸渍、冷冻真空干燥以及高温煅烧等过程得到了柔性活化碳毡材料(ACF)。活化后的ACF纤维表面产生了大量的微孔和介孔,这些多孔结构提升了材料的储能能力。对ACF进行电化学性能测试,在0.5 mA cm-2电流密度下,其面积比容量高达1441 mF cm-2,高于绝大多数文献中报道的同类电极材料,显示了出色的电化学性能。将该ACF作为超级电容器的负极,碳布上电沉积MnO2作为正极,组装了不对称超级电容器,其能量密度可达0.283 mWh cm-2。为了探究ACF在实际应用中的可行性,使用聚乙烯醇凝胶电解液代替液态电解液,从而进一步制作了全固态不对称超级电容器,其能量密度仍可达0.104 mWh cm-2,并且保持了优异的抗弯曲性能。这些结果说明了ACF在制备柔性超级电容器方面具有很好的应用前景。(2)通过循环伏安法在ACF上进一步电沉积聚苯胺(PANI),得到了PANI@ACF复合材料。以PANI@ACF作为正极,金属Zn片作为负极,组装成锌离子电池PANI@ACF//Zn体系。ACF的双电层电容和PANI的氧化还原双重容量贡献提升了锌离子电池的比容量。在1.0 mA cm-2的电流密度下,PANI@ACF//Zn的比容量分别为可达到106.9 mA h g-1。用镀锌碳布Zn@CC代替金属Zn片作为柔性负极,组成的PANI@ACF//Zn@CC锌离子电池体系其比容量仅略有下降,为105.4 mA h g-1。使用聚丙烯酰胺制备水凝胶电解液,进一步制作了全固态锌离子电池,其在0.3 mA cm-2的电流密度下,比容量为25 mA h g-1。这些结果表明了ACF及PANI@ACF复合材料在柔性锌离子电池应用方面具有较好潜力。
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