随着可穿戴电子设备的发展,柔性储能器件逐渐引起人们的重视。超级电容器比传统储能器件(如锂离子电池等),具有更高的功率密度、更快的充放电速率以及更可靠的安全性,是目前储能领域的研究热点。基于全固态电解质的薄膜状超级电容器因其质量小、物理性能稳定、与可穿戴电子设备兼容等特点,是未来最具潜力的研究方向之一。在所研究的电极材料中,四氧化三钴(Co3O4)具有较好的首次充放电容量,最大的充电和放电容量分别为1100和1700 mAh/g,是一种重要的储能电极材料。本文采用水热法合成Co3O4纳米花,研究了水热温度和pH值对产物形貌和物相的影响;利用机械混合工艺复合还原氧化石墨烯(rGO),得到Co3O4/rGO复合电极材料:基于该复合材料和凝胶状电解质(KOH-PAAK),组装全固态超级电容器,并研究其电化学性能,获得结果如下:1、采用水热法合成了立方相Co3O4纳米花,产物的结晶性良好。研究了水热温度和介质的pH值对产物形貌的影响,结果表明,在温度为160-200 ℃和介质pH值为8.6-9.4,产物的物相和结晶性几乎保持不变。当pH=9.0,温度为160℃时,获得的是直径约为2 μm、残缺的纳米花:随着温度的升高,纳米花尺寸逐渐变大,同时纳米花更加完整;在180 ℃时,得到直径10 μm左右、最完整的纳米花;当温度升高至200 ℃时,纳米花出现明显残缺、尺寸减小。在180 ℃下,pH值从8.6逐渐增加至9.4时,纳米花尺寸先增大后减小,直至纳米花消失。在180℃,pH=9.0的条件下,得到了尺寸最大、结构最完整的Co3O4纳米花。2、采用机械混合法将Co3O4纳米花与rGO复合获得Co3O4/rGO复合材料,用该复合材料为电极、KOH-PAAK为全固态电解质组装成三明治结构的全固态超级电容器。在电压范围为0～1V、扫速为5mV/s～2V/s的条件下,循环伏安曲线(CV)近似为矩形,展现出快速的电响应速率。在充放电速度为0.5～20 A/g的条件下,恒流充放电曲线(GCD)近似为三角形,对应着快速的充放电过程;根据GCD曲线计算得到电容器的比电容为190 F/g,而且器件在循环1×104次后仍保留90%的电容量,表明良好的循环稳定性。交流阻抗谱(EIS)测试表明,低频区近乎垂直点线分布证实了较好的离子扩散性;在曲线拐点处计算得到较低的内阻约为0.55 Ω,对应着较快的电子传输特性。3、将电容器经过任意角度的折叠(由0°逐渐弯曲到180°时),其CV曲线几乎保持不变,保持着快速的电化学响应速率,说明该器件具有较好的电化学稳定性;将电容器串联,GCD分析表明输出电压也随之变高,而且具有较好的循环稳定性;利用组装的超级电容器能驱动功率约为5 μW的电子手表、0.06 W的LED灯、0.1 W的电子秤,能分别工作30 min、5 min以及2 min左右。