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近年来,随着柔性电子技术的发展,人们对柔性/可弯曲电子设备产生了极大的兴趣,例如可折叠显示器和可弯曲手机。因此开发高度灵活、可拉伸、轻巧并具备高性能的储能设备是非常重要的一项任务,因为它们是为可穿戴式电子设备供能的必不可少的部分。由于传统的电容器和电池笨重且坚硬,不能满足柔性电子产品的特殊要求,因此,下一代储能设备的发展趋势是实现设备的轻便、易弯曲、耐磨舒适、美学多样性和机械稳定性。柔性超级电容器(SC)因其高功率密度、长循环寿命、快速充/放电速率以及优异的机械柔性而受到广泛关注。而制备柔性SC的关键是具有良好机械性能和优异导电性的可弯曲集流体以及提供高电化学性能的活性电极材料。
本论文的重点放在了一维柔性超级电容器的研究上,将涤纶纱线作为整个电极的基底,在其上构筑导电网络使其能作为一个柔性集流体,随后在集流体上构筑导电MOF活性材料层制备了两种柔性电极,并用两种电极材料组装了相应的柔性全固态对称纱线超级电容器(ASYS),最后对其实际应用进行了初步探索。具体研究内容如下:
(1)选择涤纶纱线(PET)作为基底,通过化学镀法在这个柔性基底表面镀上了导电性高和化学性能稳定的Au层,得到一个具备高导电性和机械柔性的集流体Au/PET。随后通过一步涂刷法将作为活性材料的导电MOF(Ni3HHTP2)涂覆到Au/PET的表面,制备出Ni-MOF/Au/PET柔性复合纱线电极。最后将两根柔性复合纱线电极组装成Ni-MOF/Au/PET ASYS。ASYS在电流密度为0.1mA/cm时长度比电容达到了113.6mF/cm,最大能量密度为3.94μWh/cm,最大功率密度为0.25mW/cm。此外,ASYS在机械弯曲和拉伸条件下也表现出稳定的电化学性能。
(2)同上一个工作相同,选择柔性PET纱线作为基底,然后通过简单的“浸渍-干燥”法在PET纱线表面修饰上氧化石墨烯,再通过化学还原法得到还原氧化石墨烯纱线(rGO/PET),纱线表面的rGO层为PET纱线带来了导电性。接着通过溶剂热法直接将导电MOF(Cu3HHTP2)原位生长到rGO/PET纱线表面,得到Cu-MOF/rGO/PET复合纱线电极,该电极在3mV/s的扫描速率下,质量比电容达到了151.9F/g。同时,Cu-MOF/rGO/PET复合纱线电极还具备高柔性性能和电化学稳定性。最后将两根柔性复合纱线电极组装成ASYS,当电流密度为0.13A/g时,质量比电容为32.1F/g。最大能量密度为1.1Wh/kg,最大功率密度为30.1W/kg。
本论文的重点放在了一维柔性超级电容器的研究上,将涤纶纱线作为整个电极的基底,在其上构筑导电网络使其能作为一个柔性集流体,随后在集流体上构筑导电MOF活性材料层制备了两种柔性电极,并用两种电极材料组装了相应的柔性全固态对称纱线超级电容器(ASYS),最后对其实际应用进行了初步探索。具体研究内容如下:
(1)选择涤纶纱线(PET)作为基底,通过化学镀法在这个柔性基底表面镀上了导电性高和化学性能稳定的Au层,得到一个具备高导电性和机械柔性的集流体Au/PET。随后通过一步涂刷法将作为活性材料的导电MOF(Ni3HHTP2)涂覆到Au/PET的表面,制备出Ni-MOF/Au/PET柔性复合纱线电极。最后将两根柔性复合纱线电极组装成Ni-MOF/Au/PET ASYS。ASYS在电流密度为0.1mA/cm时长度比电容达到了113.6mF/cm,最大能量密度为3.94μWh/cm,最大功率密度为0.25mW/cm。此外,ASYS在机械弯曲和拉伸条件下也表现出稳定的电化学性能。
(2)同上一个工作相同,选择柔性PET纱线作为基底,然后通过简单的“浸渍-干燥”法在PET纱线表面修饰上氧化石墨烯,再通过化学还原法得到还原氧化石墨烯纱线(rGO/PET),纱线表面的rGO层为PET纱线带来了导电性。接着通过溶剂热法直接将导电MOF(Cu3HHTP2)原位生长到rGO/PET纱线表面,得到Cu-MOF/rGO/PET复合纱线电极,该电极在3mV/s的扫描速率下,质量比电容达到了151.9F/g。同时,Cu-MOF/rGO/PET复合纱线电极还具备高柔性性能和电化学稳定性。最后将两根柔性复合纱线电极组装成ASYS,当电流密度为0.13A/g时,质量比电容为32.1F/g。最大能量密度为1.1Wh/kg,最大功率密度为30.1W/kg。