【摘 要】
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随着科技的发展,以及对美观和可穿戴的考虑,人们对透明柔性电子器件的需求越来越大,透明柔性的储能设备也得到了科研人员广泛的研究。以往关于透明储能器件的报道大多基于超级电容器,这些被报道的器件往往具有超长的使用寿命。除此之外,也有少量关于透明电池的报道。但与超级电容器相比,电池虽具有高容量,但寿命令人不甚满意。而混合电容器则是前面两种储能器件优点的“继承者”,一般使用电池型和电容型的活性材料分别来制备
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随着科技的发展,以及对美观和可穿戴的考虑,人们对透明柔性电子器件的需求越来越大,透明柔性的储能设备也得到了科研人员广泛的研究。以往关于透明储能器件的报道大多基于超级电容器,这些被报道的器件往往具有超长的使用寿命。除此之外,也有少量关于透明电池的报道。但与超级电容器相比,电池虽具有高容量,但寿命令人不甚满意。而混合电容器则是前面两种储能器件优点的“继承者”,一般使用电池型和电容型的活性材料分别来制备阳极和阴极,并根据其内部穿插的阳离子命名,常见的有锂离子、铝离子、锌离子混合电容器（Zinc Ion Hybrid Capacitors,ZIHC）等。其中锌离子混合电容器因其高安全性和低成本在近几年受到了越来越多的关注,是一种很有前途的绿色能源供应元件。因此具有高透光率的ZIHC的研发对透明储能器件电化学性能的优化有着重要意义。本文两个工作的主要内容如下:（1）作为透明锌离子混合电容器的一部分,透明电极的选择直接影响着器件最终的性能和外观。本文首先使用HCl和Li F混合物制备Ti3C2Tx MXene纳米片。使用Ti3C2TxMXene纳米片制备的膜可同时作为集流体和活性材料。本工作中透明电极的活性材料层超薄（厚度小于100 nm）,而超薄的活性材料层无法自由独立地站立,需要与有韧性的透明基底结合以用于测试和使用。聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Terephthalate,PET）薄膜价格低廉,透明度高,有着出色的柔韧性,故本文采用PET作为透明基底。但由于PET表面是疏水的,为了使Ti3C2Tx MXene溶液能够均匀且连续的平铺在PET基底上,还需对透明PET薄膜进行亲水性处理。接着通过旋涂工艺得到PET-MXene透明电极。最后使用2 M Zn SO4-聚丙烯酰胺（Polyacrylamide,PAM）作为固态水凝胶电解质连接Ti3C2Tx MXene透明阴极和U形Zn箔阳极得到透明MXene//Zn SO4-PAM//Zn ZIHC。透光率为94%的MXene//Zn SO4-PAM//Zn ZIHC的面积电容为318μF/cm~2,经10000次充放电循环后,面积电容仍能保持初始的76%。此外,MXene//Zn SO4-PAM//Zn ZIHC在完全放电时的漏电流对周期电场非常敏感,表明其在电场传感领域具有潜在的应用前景。（2）Ti3C2Tx MXene在空气中易被氧化生成不导电的Ti O2,影响透明电极的导电性。因此在第二个工作中,使用在空气中不易被氧化的聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐（Poly（3,4-ethylenedioxythiophene）:poly（styrenesulfonate）,PEDOT:PSS）作为活性材料来制备ZIHC。相比于透明MXene//Zn SO4-PAM//Zn ZIHC,PEDOT:PSS//Zn SO4-PAM//Zn ZIHC的电压窗口有着很大的扩展,从0.1-1.2 V到0.4-1.8 V,且容量也有一定的提升,由透光率为96%的PEDOT:PSS电极组装的ZIHC在扫描速率为5 m V/s时的面积电容为351μF/cm~2。本文的工作为透明柔性储能器件的研究提供了新方法和数据支持。
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