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【科研进展】碳纤维在柔性超等电容器中的研究进展

2020-08-21
随着便携式和可衣着智能电子产品的快速BET9会员登录线路,其对储能器件的要求越来越高,古板的超等电容器难以满足其需求,柔性超等电容器因其具有轻便、可弯折以及良好的循环稳定性,成为新一代有巨大潜力的储能器件。本文介绍了超等电容器以碳纤维在柔性超等电容器的研究进展,总结了柔性超等电容器保存的问题并提出了展望。
电极资料是决定超等电容器性能好坏的关键,如何兼顾活性电极的柔性化和高能量密度是一个难点。碳资料在硬度、光学特性、耐热性、导电性等方面都优异于其他资料,十分适合作为柔性超等电容器的基础电极资料。其中碳纤维具有良好的导电、导热性,以及优异的化学稳定性,受到研究者们的广泛关注。通过差别的结构设计能够将电极、电解质、柔性基板更好的结合,一方面能够包管柔性超等电容器的灵活性,另一方面也能提高柔性超等电容器的储能。
碳纤维作为一种碳含量在95%以上的新型纤维资料,比照古板的玻璃纤维,它耐腐化性强,质量比金属铝轻,强度比钢铁高,具有外柔内刚的特点。纤维状的碳资料如碳布和纳米纤维纸等兼顾良好的导电性和柔韧性,常用于制备柔性超等电容器的电极。纤维状超等电容器具有能量密度低的缺点,这也经常限制了它的应用,碳纤维作为电极资料不例外。
为了提高能量密度可以通过工作电势窗口、比电容最大化两种办法。使用有机电解质或者离子电解质可以提高电导率,组装非对称超等电容器可以有效提高电势窗口。MnO3的功函数高达6.9eV,可用作正极,MnO2的功函数4.4eV,可用作负极。由于正负电极功函数相差较大,可以有效增大电势窗口电压。关于提高比电容,可以接纳与赝电容资料复合,爆发赝电容效应,提高电极资料的贮存能力。碳纤维经常作为柔性基底,在其外表沉积生长金属氧化物或导电聚合物,作为电极资料。研究人员制备了改性氮掺杂碳纤维布电极,展现了优秀的电化学性能,为大规模制备高性能碳纤维电极资料提供了一条简便而有效的途径。研究人员通过电沉积法在碳纤维布上生长的镍-钴层状双氢氧化物,该电极在1A/g的电流密度下具有1540F/g的高比电容。
柔性超等电容器的关键在于高性能与良好柔韧性的电极。碳纤维的优异物理化学性能和可编织性,十分适合作为柔性超等电容器的电极。碳纤维电极的问题是能量密度低,可以通过扩大电势窗口和增大比电容来提高能量密度。碳纤维与差别的金属氧化物的复合增加了贮存能力,使用有机、离子电解质可以电导率,差别的金属氧化物功函数差别,组装非对称超等电容器可以扩大电势窗口电压。
总之,碳纤维等纳米碳资料在柔性超等电容器中有着广阔的应用前景,但仍有一些问题需要思考与解决,如:
(1)柔性超等电容器性能没有建立统一评判规范。
(2)纳米碳资料价格总体偏贵,目前还难以用于工业化生产。

(3)应该时时探寻新的电化学性能优异的资料;从细微处剖析储能机理,对现有资料进行改进;还可以针对应用场合的差别,对超等电容器结构进行改进。


文章来源:知网

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