碳纳米管基柔性超级电容器的制备及性能研究

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随着科技的不断进步,技术的日益革新,可穿戴电子设备得到越来越多的关注。柔性储能元件作为可穿戴电子设备的核心组件之一,也得到大量的研究。其中,全固态柔性超级电容器由于其比电容高、循环性能好、可快速充放电以及良好的弯曲稳定性能,有望成为下一代智能可穿戴设备的供能元件。  本文研究是以形状记忆聚氨酯(SMPU)为基底,利用其形状记忆功能制备出形状可控,可裁剪的柔性超级电容器。主要工作内容和结论如下:  1、采用微波合成法,设计并合成了不同MnO2含量的MWCNT/MnO2复合材料,并通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)等表征方法对制备样品的微观形貌进行了分析,通过恒电流充放电(GCD)循环伏安法(CV)等电化学测试方法,研究了复合材料的电化学性能。其中, MWCNT/48%-MnO2样品具有较高的比电容(10 mV s-1的扫速下比电容可达148.4 Fg-1),良好的循环稳定性(循环1500圈,容量保持82.7%)。  2、采用层层组装法,设计并制备了碳纳米管/二氧化锰/形状记忆聚氨酯(MWCNT/MnO2/SMPU)复合薄膜电极。并以PVA/H2SO4为凝胶电解质,两片相同大小的复合薄膜作为电极,组装得到对称柔性超级电容器。研究了不同形态下超级电容器电容值的变化。研究发现,折叠或扭曲一定角度并固定该形态后,超级电容器的电容值并未发生明显变化,恢复原始形态后,其电容大小也未有明显变化,证明其具有优异的形状可控效应和弯曲稳定性能。将超级电容器裁剪成一定尺寸,其电容值大小与裁剪尺寸面积成正比,表明该柔性超级电容器同时具有良好的可裁剪性能。  3、以碳纳米管/形状记忆聚氨酯(MWCNT/SMPU)导电薄膜为基底,利用电化学沉积技术在其表面沉积一层聚苯胺,得到聚苯胺/碳纳米管/形状记忆聚氨酯(PANI/MWCNT/SMPU)复合薄膜电极,并以PVA/H2SO4为凝胶电解质,组装得到全固态柔性超级电容器。研究了不同折叠状态下电容值的变化,数据表明折叠不同角度电容值基本保持不变,显示出该方法制备出的柔性超级电容器具有良好的机械柔性和弯曲稳定性能。
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