【摘 要】
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近年来,人工智能(AI)技术的快速发展也促进了可穿戴电子设备市场的蓬勃发展。为了满足人们对可穿戴电子设备更加舒适化的需求,柔性化的可穿戴电子设备日益受到关注。柔性化设
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近年来,人工智能(AI)技术的快速发展也促进了可穿戴电子设备市场的蓬勃发展。为了满足人们对可穿戴电子设备更加舒适化的需求,柔性化的可穿戴电子设备日益受到关注。柔性化设备的难点在于其储能器件的柔性化,很多研究都致力于让它们的能源存储器件的小巧化、柔性化、轻质化来使整体器件柔性化。具有可拉伸性的柔性超级电容器是一种解决设备柔性化的有效方式,但是柔性超级电容器在各种应变条件下保持其优异的电化学性能仍然是一项艰巨的任务。因此,本论文的主要研究内容是制备出柔性电极,组装成柔性超级电容器并研究其电化学性能和机械性能。其主要的研究结果如下:(1)将PVA水凝胶溶液和活性炭(AC)粉末物理共混后,通过化学交联法快速成膜,制备PVA活性炭复合电极材料。通过调整活性炭的含量,确定碳含量为60%的复合电极的综合性能最佳,其拉伸强度为4.46 MPa,断裂伸长率为78%。在0.25 mA/cm~2的电流密度下,面积比电容为417.13 mF/cm~2,经过2000次弯曲折叠循环和10000次充放电循环其比电容保留率分别为98.5%和94.85%。(2)通过化学聚合的方法,在活性炭表面包覆一层对甲苯磺酸钠掺杂的聚吡咯再与PVA水凝胶复合得到柔性的PVA/PPy/AC三元复合电极材料。调整吡咯单体和活性炭的比例,确定吡咯和活性炭的质量比为1:2时制成的复合电极的综合性能最佳,拉伸强度为8.07 MPa,断裂伸长率为211%。在0.25 mA/cm~2的电流密度下面积比电容为174.7 mF/cm~2,经过10000次弯曲折叠循环和1000次充放电循环其比电容保持率分别为96.9%和82.9%。(3)以化学交联的PVA薄膜(CPH)为柔性基材,通过气相聚合法使聚吡咯均匀地嵌入到CPH薄膜中,制备PPy-CPH柔性电极材料并组装成一体化全固态柔性超级电容器。该器件的拉伸强度为20.83 MPa,断裂伸长率为377%。有着很好的机械性能的同时也表现出了卓越的电化学性能,其最大体积比电容为13.06 F/cm~3,能量密度为1160.9μWh/cm~3,经过10000次弯曲折叠循环和10000次充放电循环其比电容保留率分别为97.9%和86.3%。
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