基于活性碳纖維布的準固態(tài)柔性超級電容器研究.pdf

1、便攜式電子設(shè)備的高速發(fā)展，對儲能器件提出了更高的要求，不僅要能儲存更多的能量，而且需要具有機械韌性，甚至是柔軟的。目前市場上沒有一款儲能產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能，因此設(shè)計了一系列基于碳布的柔性超級電容器，期望能夠滿足市場對柔性儲能產(chǎn)品的需求。本研究選用商用高導電性活性碳纖維布作為基底材料，通過電化學活化、化學氣相沉積法和高溫煅燒等物理化學方法提高碳布電化學性能，或者復(fù)合電化學活性材料（碳納米管、過渡金屬氧化物），作為柔性超級電容器的電極材料

2、;使用凝膠電解質(zhì)，組裝成一系列柔性全固態(tài)儲能器件。具體為活化碳布組裝的超級電容器(S1)、納米鎳顆粒/多壁碳納米管對稱型贗電容超級電容器(S2)和金屬氧化物膜/多壁碳納米管非對稱型全贗電容超級電容器(S3)。
　　器件S1將碳纖維布2V恒電壓陽極氧化后，通過1000℃以上高溫煅燒處理，其容量較未處理的碳布提高了100倍以上，其面積容量可以達到0.01mAh/cm2，且制作工藝簡單環(huán)保，適合工業(yè)化量產(chǎn)。
　　器件S2使用一步合

3、成的納米鎳顆粒/多壁碳納米管作為同樣的正、負極，既能利用嵌入其中的高活性鎳顆粒在正電壓區(qū)間的法拉第電容，又可以利用碳納米管在負電壓區(qū)間的雙電層電容，且通過調(diào)配二者容量相當，實現(xiàn)容量利用率最大化，在恒電流測試條件下，電流密度為50mA/cm2時，其電容量為0.288F/cm2。使用兩個完全相同的Ni//CNTs電極組裝成對稱型超級電容器，充電僅五秒后，能成功地驅(qū)動一個小型電動馬達持續(xù)轉(zhuǎn)動1分鐘。本研究首次制成了可不區(qū)分正負極、正反向均能充

4、電的對稱型贗電容超級電容器。
　　器件S3使用包覆過渡金屬氧化物活性材料（氧化鎳和氧化鐵）的稠密網(wǎng)狀多壁碳納米管分別作為正、負極，提高導電碳布的空間利用率，且通過正負極法拉第反應(yīng)，提供更大的贗電容容量，在恒電流測試條件下，電流密度為5mA/cm2時，正極電容量為2.23F/cm2，負極電容量為2.42F/cm2。具有穩(wěn)定的放電電壓1.2V，其能量密度與電池相當，全電容能量密度可達1mAh/cm2。
　　該系列儲能器件均具有優(yōu)