基于高性能纤维复合材料的柔性超级电容器

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柔性和可穿戴电子产品的快速发展导致对可靠电源的需求不断增长。高能量密度的锂离子电池是目前最先进的解决方案,但它们与柔性系统的兼容性较差,存在安全风险。因此,柔性超级电容器(Flexible Supercapacitor)被广泛探究,其具有功率密度高、循环寿命长的特点,可以与柔性系统相兼容。为了保证柔性体系的安全问题,依然有很多方面需要改进为了改进材料的耐撕裂性能,使柔性储能器件在满足优异的电化学性能的同时,也要具有优异的耐受能力,保证柔性超级电容器能够安全稳定地运行。本课题以杜邦纸为柔性基底,采用简单的聚合物辅助金属沉积法(PAMD法)作导电化处理,并以聚3,4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)为活性材料制备高性能耐撕裂超级电容器。将其与PVA-H3PO4凝胶电解质组装成柔性超级电容器,该电容器具有优异的电化学性能和力学性能。制备的电极的拉伸强度为51.37 MPa,撕裂强度为15.18 k N/m。且电容器具有良好的稳定性,经2万次循环后超级电容器的电容保持率为90%以上。由于大多数超级电容器的电解质是水性的,长时间存放容易水分散失影响超级电容器的性能,且在高温下无法长时间运行。这会影响电容器的安全性。本课题以芳纶纸为基底,同样采用PAMD法对基底进行导电化处理,并以PEDOT为活性材料,将其与离子液体凝胶电解质组装成为耐高温柔性超级电容器。研究发现,该电容器在50℃、80℃、100℃下运行时容量会衰减,但放置常温时容量会回升,具有一定的抗高温性能。除了满足电容器的耐高温需求,同时材料的力学强度也具有重要意义。本课题以对位芳纶作为柔性基底,表面一次包覆Ag,PEDOT制备高强度纤维电极。该纤维电极具有优异的力学性能,其强度可达1.43 GPa。将其与离子液体凝胶电解质组装成柔性超级电容器,该电容器具有优异的电化学性能和耐高温性能。该电容器的窗口电压可达1.5V,其在0.5 m A/cm2的电流密度下面积比电容电容可达598 m F/cm2,在0.35 m W/cm2的功率密度下具有41.82μWh/cm2的能量密度。经过100℃高温处理后,其电容器依旧能保持良好的电化学性能。
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