柔性超级电容器的制备及其性能研究

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柔性超级电容器(FSC)凭借其特有的储能机理弥补了传统电池的若干不足。然而活性电极材料与柔性基底之间不稳定的界面问题成为FSC发展的局限,因此开发出具有稳定界面结构的柔性电极成为重中之重。本文采用碳材料作为过渡层来缓解界面应力,MnO2作为电极活性材料制备出具有稳定复合结构的FSC。具体研究内容如下:(1)通过化学气相沉积(CVD)的方法,制备了多孔碳膜(PCF)/Ni紧密复合结构,采用简单易操作的化学浴沉积方法(ICBD)在PCF/Ni复合结构上沉积MnO2薄膜,PCF作为过渡层为紧密地生长二氧化锰薄膜提供了便利条件,形成高质量、界面稳固的MnO2/PCF/Ni电极结构。微观结构表征表明MnO2薄膜具有双层次的多孔结构,以MnO2/PCF/Ni复合结构组装的FSC展现了高的能量/功率密度,超高的速率性能和优异的柔性特征。而且,该电容器具有非常短的时间常数(0.3-0.5ms),在动态弯曲状态下电容值变化较小。(2)选择线性镍丝作为导电基底,采用CVD方法,制备出多层石墨烯(MGr)与镍丝(Ni)复合结构。利用改善的化学浴沉积方法(ICBD)在MGr上沉积一层MnO2薄膜形成MnO2/MGr/Ni柔性复合电极结构。该结构中MGr作为过渡层削弱了二氧化锰与镍丝之间的界面应力,促进二氧化锰的加载。MnO2/MGr/Ni复合电极展现了高质量的界面稳定性,以MnO2/MGr/Ni复合结构组装成的FSC有高能量密度和功率密度,超高的速率性能,宽的频率使用范围。将该电容器弯曲成不同形状的结构,电容值依然改变很小。
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