導(dǎo)電聚合物基柔性固態(tài)超級電容器的組裝及性能研究.pdf

1、個人消費(fèi)電子器件消耗量的日益增加以及可穿戴電子學(xué)的進(jìn)步推動了高性能能量存儲器件的快速發(fā)展。超級電容器作為一類新型能量存儲器件，具有比傳統(tǒng)的靜電電容器更高的能量密度和比電池更高的功率密度。固態(tài)超級電容器將電極、固態(tài)電解質(zhì)以及隔膜集成為一個整體，相比于液態(tài)電解質(zhì)超級電容器，具有質(zhì)量較輕、易于封裝、安全性高、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)。紙基電子學(xué)器件因其成本低廉，具有柔性，環(huán)境友好，易于集成等特點(diǎn)，具有很大的研究和應(yīng)用前景。紙是由直徑約為20μm的纖維素

2、纖維組成，這些纖維素纖維包含許多由直徑數(shù)十納米的纖維組成的微纖維，從而使得紙具有粗糙多孔的表面。這種粗糙多孔的表面對于超級電容器而言，是一種天然的優(yōu)勢，它有利于電化學(xué)活性材料附著到纖維素的表面。導(dǎo)電聚合物如聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）是一類導(dǎo)電性聚合物材料，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理與化學(xué)特性，易于合成，電化學(xué)活性高，導(dǎo)電性好，成本低廉，適宜作為超級電容器的電極，成為近幾年來超級電容器研究的新熱點(diǎn)。
　　本論文圍繞聚合物基

3、紙基柔性超級電容器電極材料的制備、器件的組裝開展了一系列深入細(xì)致的研究。通過鉛筆涂敷導(dǎo)電石墨與電沉積的方法制備了石墨/PANI復(fù)合柔性電極，通過“浸泡-聚合法”制備了PPy/Paper復(fù)合柔性電極，兩種方法都切實(shí)可行，并可推廣到其他材料體系的電極制備中，具有廣泛的應(yīng)用價值。通過循環(huán)伏安、恒流充放電以及電化學(xué)阻抗譜等測試對合成電極的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的探究?，F(xiàn)將主要結(jié)論總結(jié)如下：
　　1.通過鉛筆涂覆的工藝在普通打印紙上沉積一薄層

4、石墨，制備了石墨導(dǎo)電紙，通過電沉積方法在石墨表面沉積 PANI，制備了三維多孔石墨/PANI柔性復(fù)合紙電極，并系統(tǒng)研究了該電極的電化學(xué)性能及其在超級電容器方面的應(yīng)用。研究表明：該電極化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，方阻僅為32.3Ω/sq，在電流密度0.5mA/cm2下其面電容可達(dá)到355.6 mF/cm2。由石墨/PANI紙電極組裝的對稱性柔性固態(tài)超級電容器重量僅為30.8mg，在體積電流密度4.57mA/cm3下，體積電容為3.55F/cm3，在功率

5、密度0.054W/cm3下，能量密度為0.32mWh/cm3。該固態(tài)器件充放電10000個循環(huán)后，電容仍保持83％。
　　2.采用“浸泡-聚合法”制備了聚吡咯包覆的紙電極，PPy/Paper復(fù)合電極具有優(yōu)異的電學(xué)性能，方阻低至4.5Ω/sq，電導(dǎo)率達(dá)到15S/cm，具有良好的柔韌性，可彎曲180°，并且電學(xué)性能和電化學(xué)性能幾乎不發(fā)生變化。將該電極作為電極分別組裝了三明治結(jié)構(gòu)和平面叉指結(jié)構(gòu)的柔性固態(tài)超級電容器，研究了相應(yīng)固態(tài)器件的電