高儲能器件薄膜電極制備與研究.pdf

1、超級電容器因具有比容量大、功率密度高、充放電速度快、綠色環(huán)保、免維護(hù)、低成本等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)電子設(shè)備、電動汽車、軍事國防和航空航天等領(lǐng)域。近年來，隨著便攜式、可穿戴電子設(shè)備發(fā)展，小型化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和其他自供能微系統(tǒng)的研究引起了科學(xué)家的極大興趣。為了滿足微型化電子設(shè)備在生物、醫(yī)學(xué)和環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用，人們對可以實(shí)現(xiàn)自供能微系統(tǒng)的需求日益增加。其中，微型超級電容器由于可以作為自供能器件的儲能元件被集成在微系統(tǒng)上而受到人們的廣泛關(guān)注。為

2、了提高超級電容器件的電化學(xué)性能，開發(fā)具有電導(dǎo)率高、比表面積大的納米復(fù)合材料電極成為超級電容器的核心研究內(nèi)容。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、胚x擇簡單、經(jīng)濟(jì)、可控的氣相聚合沉積工藝制備聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）薄膜，系統(tǒng)研究氣相聚合沉積工藝條件：氧化劑濃度，聚合時(shí)間及聚合溫度對PEDOT薄膜的形貌和電化學(xué)性能的影響，尋找最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明：當(dāng)氧化劑濃度為30％，聚合時(shí)間為80min，聚合溫度為30℃時(shí)，制備的PEDOT納米

3、薄膜表面呈現(xiàn)出孔洞結(jié)構(gòu)，這些三維的孔洞結(jié)構(gòu)有利于電解液離子的進(jìn)出，增加薄膜的比表面積。經(jīng)過電化學(xué)性能測試，計(jì)算出PEDOT薄膜的比容量為8.20mF/cm2。
　?、撇捎脷庀嗑酆铣练e工藝制備了PEDOT/石墨烯復(fù)合薄膜，并對復(fù)合薄膜進(jìn)行紅外光譜、紫外-可見光譜、拉曼光譜、X射線衍射譜及電子顯微鏡等測試表征，說明氣相聚合工藝可以有效合成PEDOT/石墨烯復(fù)合薄膜。電化學(xué)測試結(jié)果表明：PEDOT/石墨烯復(fù)合薄膜顯示出166.37F/c

4、m3的比容量，經(jīng)過5500次循環(huán)仍能保持91%的容量，顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。將PEDOT和PEDOT/石墨烯薄膜分別組裝成“三明治”結(jié)構(gòu)的微型超級電容器，并對組裝的微型器件的電化學(xué)性能做出評價(jià)。
　?、窃O(shè)計(jì)并制備了一種PEDOT:PSS/石墨烯/PEDOT三元復(fù)合薄膜材料，其結(jié)構(gòu)和形貌表征結(jié)果說明，氣相聚合工藝能成功制備PEDOT:PSS/石墨烯/PEDOT三元復(fù)合薄膜材料。電化學(xué)測試結(jié)果表明：在1A/cm3的電流密度下，此復(fù)合

5、薄膜電極顯示出231.85 F/cm3的高比容，經(jīng)過5500次循環(huán)測試后，其容量保持率高達(dá)94%?；诖巳獜?fù)合薄膜電極組裝的叉指型平面微型超級電容器件顯示出良好的電容性能，在0.02 A/cm3電流密度下該微型器件的比容量為9.67F/cm3。
　?、冉Y(jié)合旋涂、共淀沉積和氣相聚合沉積方法，制備PEDOT:PSS/MnO2/PEDOT三元復(fù)合薄膜材料，其結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)測試結(jié)果表明：對氣相聚合前的基底進(jìn)行預(yù)處理，可使氣相聚合沉積

6、后的復(fù)合薄膜呈現(xiàn)出一種均勻、呈納米級的孔洞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此多孔結(jié)構(gòu)有利于增大薄膜比表面積，增強(qiáng)薄膜的電化學(xué)性能。在1 A/cm3的電流密度下，此復(fù)合薄膜的比容高達(dá)431.42F/cm3，這一數(shù)值是純PEDOT薄膜比容值的5倍。對此三元復(fù)合薄膜組裝的叉指型平面微型超級電容器件進(jìn)行電化學(xué)性能測試，測得微型器件的比容量為13.64 F/cm3，并且具有良好的柔韌性和實(shí)用性。
　?、稍O(shè)計(jì)制備一種光雕石墨烯/二氧化錳（LSG/MnO2）復(fù)合薄膜