【摘 要】
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随着社会的进步,对轻量化、柔性、安全的高储能设备的需求越来越大,柔性超级电容器（supercapacitor,SC）应运而生。制造柔性超级电容器的关键是制备具有良好电化学性能和机械稳定性的柔性电极。棉织物因其轻便、舒适、成本低、吸水性好、机械强度高等特点,可以作为柔性电极衬底而受到广泛关注。聚吡咯（polypyrrole,PPy）在柔性SC方面具有巨大应用潜力。然而,PPy的长期循环稳定性能较差。
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随着社会的进步,对轻量化、柔性、安全的高储能设备的需求越来越大,柔性超级电容器（supercapacitor,SC）应运而生。制造柔性超级电容器的关键是制备具有良好电化学性能和机械稳定性的柔性电极。棉织物因其轻便、舒适、成本低、吸水性好、机械强度高等特点,可以作为柔性电极衬底而受到广泛关注。聚吡咯（polypyrrole,PPy）在柔性SC方面具有巨大应用潜力。然而,PPy的长期循环稳定性能较差。为了保证其力学性能,提高其循环稳定性能,将PPy与其他材料复合是目前探究的主要方向之一。本文利用PPy与还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide,r GO）之间的协同增益效应,制备了柔性PPy/r GO纳米复合棉织物（PPy/r GO nanocomposite cotton fabric,PPy/r GO NCF）电极,极大地提高了材料的电化学性能。主要结果如下:以棉织物为柔性衬底,三氯化铁作为反应的氧化剂,改变吡咯单体（Pyrrole monomer,Py）与三氯化铁的反应摩尔比,采用化学聚合的方法制备出五种不同比例的PPy织物电极。Raman测试表明,PPy织物电极已经被成功制备,并且Py与三氯化铁的反应摩尔比为0.5时,制备的织物电极（PPy-0.5）相比于其他比例下制备的PPy织物电极具有更稳定的结构。通过SEM表征,可以明显观察到原始棉织物衬底的表面光滑而且平整,由于PPy在棉织物表面通过化学聚合成功生长,使得织物表面变得粗糙,并且呈现出大量的PPy涂层。经电化学测试证明,PPy-0.5拥有最佳的电化学特性。该织物电极在1 m A cm-2测试条件下显示出6583 m F cm-2的面积比电容（areal specific capacitance,CS）。此外,与其他PPy织物电极相比,PPy-0.5具有较低的电解质溶液电阻和电荷转移电阻。选用拥有最佳反应摩尔比的PPy-0.5与r GO复合,制备PPy/r GO NCF电极。通过Raman,FTIR以及XPS对PPy/r GO NCF进行了一系列的结构表征测试,并结合其形貌,证实PPy/r GO NCF电极已经成功制备。该电极在1 m A cm-2电流密度下具有9300 m F cm-2的CS,远大于单一组分的PPy(6583 m F cm-2)和r GO(175 m F cm-2)织物电极。并且在10000次循环测试后,其仍然保持初始电容的94.47%。这是由于聚吡咯纳米颗粒均匀分布在还原氧化石墨烯表面,可以使活性物质与电解液充分接触,缩短电荷传递路径。同时r GO形成导电网络,起到内部集流体的作用促进电子传递。此外,PPy/r GO NCF还显示出了优异的灵活性和重复使用性。基于PPy/r GO的全固态超级电容器（PPy/r GO-SC）在功率密度为1.20 m W cm-2时,能量密度可以达到167μWh cm-2,功率密度达到6 m W cm-2时,能量密度保持在11.66μWh cm-2。10000次循环测试后,其电容保持率为81.39%。可见,PPy/r GO NCF表现出优异的电容特性和稳定性,在柔性SC中具有广阔的应用前景。
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