【摘 要】
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相较于传统的储能装置,柔性超级电容器具有出色的电化学性能和机械柔性,因此在生物医学、便携式可穿戴电子设备、新能源汽车、智能包装的储能装置开发等领域具有良好的应用前景。对于超级电容器而言,电极材料的选择是决定其性能的关键因素。相比于传统电极,柔性电极必须具备更高的柔性和更强的稳定性。目前常用的柔性超级电容器电极材料存在化学稳定性差、使用寿命短、环境污染等问题。因此,开发一种低成本、高性价比、环境友好
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相较于传统的储能装置,柔性超级电容器具有出色的电化学性能和机械柔性,因此在生物医学、便携式可穿戴电子设备、新能源汽车、智能包装的储能装置开发等领域具有良好的应用前景。对于超级电容器而言,电极材料的选择是决定其性能的关键因素。相比于传统电极,柔性电极必须具备更高的柔性和更强的稳定性。目前常用的柔性超级电容器电极材料存在化学稳定性差、使用寿命短、环境污染等问题。因此,开发一种低成本、高性价比、环境友好的高性能柔性电极材料是目前重要的研究方向。基于以上研究背景,本论文以来源丰富的可再生生物质材料羧甲基纤维素作为基体,制备了氧化石墨烯（GO）/羧甲基纤维素（CMC）二元复合柔性电极和聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）/GO/CMC三元复合柔性电极,并将三元复合柔性电极用于柔性全固态超级电容器的组装。对复合电极以及柔性超级电容器的电化学性能进行分析和探究,主要研究内容及结果如下:采用超声分散和真空抽滤法制备不同质量比的GO/CMC二元复合薄膜电极,并探究了GO和CMC不同配比对复合电极电化学性能的影响。当CMC与GO的质量比为1:4时,制备的GO/CMC二元复合薄膜电极的电化学性能最佳,面积比电容为568.5 mF/cm~2。此外,基于最优的GO/CMC质量比例,采用HI还原GO/CMC制备RGO/CMC二元复合薄膜电极,发现RGO/CMC的比电容值低于GO/CMC,为175mF/cm~2。此还原方法虽然能够很好的阻止RGO的团聚作用,但对电化学性能的改善还需进一步的探索。在优化GO/CMC二元复合薄膜电极电化学性能的基础上,采用超声分散和真空抽滤法制备不同质量比的PEDOT:PSS/GO/CMC三元复合薄膜电极,并探究了三者质量配比对电化学性能的影响。当CMC:GO:（PEDOT:PSS）的质量比为1:4:8时,制备的PEDOT:PSS/GO/CMC三元复合薄膜电极的电化学性能最佳,面积比电容为682 mF/cm~2。PEDOT:PSS/GO/CMC三元复合薄膜电极的电化学性能明显优于二元复合薄膜电极,证明通过将PEDOT:PSS与GO/CMC进行复合,能够显著提高材料的电化学性能。选择电化学性能优化后的PEDOT:PSS/GO/CMC三元复合薄膜电极为正负极,聚乙烯醇-氢氧化钾（PVA-KOH）为固态电解质组装三明治结构的柔性对称型全固态超级电容器,并探究其电化学稳定性。结果表明,柔性超级电容器的面积比电容最大为108.5 mF/cm~2,并且循环2000次后能保持79%的初始比电容;此外在0°、45°、90°、135°以及180°不同角度弯折后,电化学性能基本保持不变,在反复弯折200次后仍具有92%的初始比电容,展现出优异的柔性和电化学稳定性。
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