【摘 要】
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随着柔性人工智能和可穿戴电子设备的发展进入了一个快速增长的阶段,柔性储能器件受到了人们的高度关注。电解质是储能器件中必不可少的一部分,在众多的电解质材料中,水凝胶电解质具有优异的柔韧性、较高的电导率、不易泄露安全性好等特点被认为是储能器件电解质的最佳选择之一。本论文针对现今柔性超级电容器的能量密度低、机械性能差等不足之处,设计了一系列功能性的水凝胶电解质,具体内容如下:1、采用自由基聚合的方法,制
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随着柔性人工智能和可穿戴电子设备的发展进入了一个快速增长的阶段,柔性储能器件受到了人们的高度关注。电解质是储能器件中必不可少的一部分,在众多的电解质材料中,水凝胶电解质具有优异的柔韧性、较高的电导率、不易泄露安全性好等特点被认为是储能器件电解质的最佳选择之一。本论文针对现今柔性超级电容器的能量密度低、机械性能差等不足之处,设计了一系列功能性的水凝胶电解质,具体内容如下:1、采用自由基聚合的方法,制备了以乙二醇类衍生物（聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯、乙二醇甲基醚丙烯酸酯）作为大分子单体、丙烯酰胺为功能单体,以KOH为导电物质的碱性离子水凝胶电解质（PEGMA）,基于这种碱性水凝胶组装了以锌箔为负极,活性碳为正极的超级电容器（PEGMA-ZHS）。发现在0.2-2.0 V的电压窗口下,比容量为134.8 m Ah g-1。能量密度最大可达到356.6 Wh kg-1。此外,PEGMA-ZHS能在10000次的充放电后,容量保留率几乎为100%。2、通过在单网络体系PEGMA水凝胶中引入第二网络羧甲基纤维素钠,丰富了水凝胶体系内的氢键种类,其力学性能得到大幅度的提升。断裂强度由0.0102 MPa提升到了0.110 MPa,断裂伸长率由608%提升至1425%,断裂强度增强为原来的10倍,断裂伸长率增长为原来的2.3倍。在6.25 k Pa下可被压缩50%,同时水凝胶在被压缩80%的情况下依然保持完整,并在外力卸去后可迅速恢复至原始形状。利用水凝胶组装了锌基杂化超级电容器,该电容器的比电容可达到100.1 m Ah g-1。得益于水凝胶对电极材料具有一定的黏附性,水凝胶超级电容器在各种弯曲角度下仍具有优异的容量保持率。3、为满足在低温条件下的使用需求,首先采用N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联CMC-PEGMA凝胶制备了一种硬水凝胶,然后将其浸泡在浓KOH溶液中,制备了一种新型碱性抗冻水凝胶（CPMA）,CPMA的冰点降低至-34.3℃。利用CPMA组装的CPMA-SC超级电容器在2 V电压窗口下比容量可以达到182.13m Ah g-1,-20℃时比容量为107.31 m Ah g-1。且在-20℃下循环5000次后,循环性能高达89.37%。
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