【摘 要】
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可穿戴电子产品、柔性显示器等新型电子设备的快速发展以及对其的日益增长需求,使得研究和开发兼具低成本、高能量密度、轻质、环保等特征的柔性电化学储能设备具有重要的研究意义。近年来,柔性超级电容器受到了额外关注,其具有易制造,质量轻,体积小,高柔性,成本低,可与纺织品集成,循环寿命长,充放电速度快以及功率密度高等优点,被认为是为柔性电子设备提供能源的最佳电化学储能装置之一。然而,目前制约柔性超级电容器实
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可穿戴电子产品、柔性显示器等新型电子设备的快速发展以及对其的日益增长需求,使得研究和开发兼具低成本、高能量密度、轻质、环保等特征的柔性电化学储能设备具有重要的研究意义。近年来,柔性超级电容器受到了额外关注,其具有易制造,质量轻,体积小,高柔性,成本低,可与纺织品集成,循环寿命长,充放电速度快以及功率密度高等优点,被认为是为柔性电子设备提供能源的最佳电化学储能装置之一。然而,目前制约柔性超级电容器实际应用的瓶颈问题是其较低的能量密度。开发具有高比电容的柔性电极材料是解决上述问题的关键。本论文研究以生物质材料棉织物为碳前体,通过纤维表面纳米结构调控与构筑,制备出具有高活性表面、高导电性、快速离子扩散通道和稳定界面结构等特征的高性能柔性碳基电极材料,显示出良好的电化学性能。具体研究内容如下:(1)以棉布为柔性电极材料的基底,在棉纤维上生长ZIF-8纳米颗粒层,得到ZIF-8/棉布(ZIF-8/Cotton)复合织物材料。经惰性环境下高温碳化并酸洗处理,制备得到氮掺杂碳颗粒层/碳化布复合电极材料。该电极在2m V/s的扫速下,表现出375.2F/g(4034 m F/cm2)的高比电容,同时具有优异的循环稳定性(10000次循环后保持90%)。在机械弯曲条件下也显示出稳定的电化学性能。组装的对称型超级电容在功率密度为94.6W/kg时,能量密度达到17Wh/kg。(2)以棉布直接碳化所得的碳化布为柔性电极基底,在碳纤维表面通过电沉积构建多孔硫化钴镍纳米片阵列层,制备得到硫化钴镍/碳化布(Ni-Co-S/CF)复合电极材料。该柔性电极在2m V/s时得到的最大电容值为1800m F/cm2,同时在机械弯曲条件下表现出稳定的电化学性能。组装的非对称型全固态超级电容器在功率密度为2252.4m W/cm2时,能量密度达到324.1m Wh/cm2。
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