高性能非對稱超級電容器的設計及其柔韌特性的研究.pdf

1、超級電容器作為重要的能量存儲器件具有超高的功率密度、快速的充放電速度和超長的循環(huán)壽命等優(yōu)勢，已經引起了人們注意并廣泛應用于電動/混合動力汽車、便攜式電子產品等。然而，低能量密度的致命缺點限制了超級電容器的實際應用。如何提高超級電容器的能量密度而不以損失功率密度為代價是目前面臨的巨大挑戰(zhàn)。增加工作電壓是提高超級電容器能量密度的有效途徑之一。為了增加工作電壓，我們制備了兩個不同電位窗口的電極（電極電位相對正的稱為正極，反之為負極）。人們對非

2、對稱超級電容器的研究已經取得了一定的進展，然而許多研究主要集中在正極材料而忽略了負極材料。近年來，電子器件朝著柔性、可穿戴、微型化的方向發(fā)展，這也對超級電容器的結構和性能也提出了更高的要求。針對以上問題，可以通過尋找和制備性能更優(yōu)異的負極材料、設計更新穎的電極結構和增加工作電壓的方法來提高超級電容器的能量密度和制備柔性超級電容器。主要的工作和研究成果如下：
　?。?）采用簡單的兩步水熱法，將三維分級納米結構的CoSe2成功的生長在

3、導電碳布上，在三電極體系下，CoSe2/碳布電極具有優(yōu)越的電化學性能，值得注意的是，CoSe2/碳布電極的循環(huán)伏安電壓窗口為-0.8-0 V，表明三維分級結構CoSe2可以作為負極材料。采用 CoSe2/碳布電極和 MnO2/碳布電極分別作為負極和正極，PVA/LiCl作為固態(tài)電解質制備出了全固態(tài)非對稱超級電容器。制備的非對稱超級電容器具有很高的能量密度0.588 mWh/cm3，很好的電化學穩(wěn)定性，優(yōu)異的柔韌性和機械穩(wěn)定性。
　

4、　（2）使用直接在碳布上生長MnO@C納米片和Co3O4納米線分別作為負極和正極，成功的制備了電壓窗口達到1.7 V的非對稱超級電容器。其工作電壓與0.6 V相比，能量密度提升了2560％，獲得的最大能量密度為52.98 Wh/kg。
　?。?）采用水熱法直接在碳纖維上生長超薄的MnO2納米陣列，在電流密度為2.5 A/g時，MnO2/碳纖維電極具有634.5 F/g的高比容量和優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性。使用MnO2/碳纖維（正極）、石

5、墨烯/碳纖維（負極）和 PVA/LiCl凝膠電解質（電解液和隔膜）制備出線狀全固態(tài)非對稱超級電容器。制備的線狀超級電容器具有優(yōu)異的柔韌性和電化學穩(wěn)定性甚至可以編織進紡織物中。此外，制備的線狀超級電容器在沒有外加電壓的情況下成功驅動基于CdS納米線的光探測系統(tǒng)。
　?。?）研究了高能線狀非對稱超級電容器的可拉伸性能。采用簡單的水熱法直接在高導的316 L不銹鋼上生長了MnO2納米片和RGO片。隨后，將MnO2/鋼絲和RGO/鋼絲電極