基于CNTs/MnO2和CNTs/MoS2复合材料的柔性全固态非对称超级电容器

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随着便携式、可穿戴等柔性电子产品的快速发展,急需高性能的柔性储能器件。在各种能量储存器件中,超级电容器具有功率密度高、充电速度快、循环寿命长、安全稳定好等优点,具有很大的发展前景。然而,超级电容器较低的能量密度限制了其在市场上的广泛应用。因此开发体积小、质轻、高功率/高容量及高柔性的超级电容器具有重要的现实意义。本学位论文旨在制备高性能的电极材料,构建柔性全固态非对称电容器。文章主要研究内容包括以下几个方面:首先,以碳纳米管(CNTs)薄膜作为基底材料用于柔性电极的设计,考虑到CNTs的疏水性不利于后续的功能化,对CNTs薄膜进行了表面活化处理,在获得一定亲水性的同时增强CNTs的导电性,提高活性材料的负载量。然后通过电化学沉积的方法在CNTs薄膜的表面直接生长片状的二氧化锰(MnO2)作为无粘结剂的正极材料。采用简单的水热合成法在碳纳米管表面直接生长花瓣状二硫化钼(MoS2)作为一种高效的无粘结剂的负极材料。将具有较高赝电容性能的MnO2和MoS2原位生长具有高导电性的CNTs基底上,既能充分发挥它们各自的优势,又能保持高效的协同相互作用,获得具有较高性能的复合电极材料。最后,以CNTs/MnO2复合材料作为正极、CNTs/MoS2复合材料为负极、聚乙烯醇/氯化锂凝胶作为电解质,所制备的非对称柔性超级电容器的最大工作电压可达1.8 V,明显高于对称型器件。该器件的面积比电容高达440 mF/cm2,且在功率密度为1.95 mW/cm2同时,能量密度高达198μWh/cm2,明显高于其它大部分已报道的类似器件。此外,器件具有良好的循环稳定性和优异的机械柔韧性,在5 mA/cm2电流密度下连续循环充放电5000次后,比容量仍然能够保持89.8%,在反复弯曲5000次后且在不同角度的弯曲和甚至扭转的状态下,电化学性能几乎保持不变。
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