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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生长  ,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。
电极质料是决定超等电容器性能优劣的要害  ,如何兼顾活性电极的柔性化和高能量密度是一个难点。碳质料在硬度、光学特性、耐热性、导电性等方面都优异于其他质料  ,很是适相助为柔性超等电容器的基础电极质料。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。
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碳纤维作为一种碳含量在95%以上的新型纤维质料  ,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。纤维状的碳质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  ,碳纤维作为电极质料不例外。
为了提高能量密度可以通过事情电势窗口、比电容最大化两种要领。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  ,可以接纳与赝电容质料复合  ,爆发赝电容效应  ,提高电极质料的贮存能力。碳纤维经常作为柔性基底  ,在其外貌沉积生长金属氧化物或导电聚合物  ,作为电极质料。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质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。
柔性超等电容器的要害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  ,很是适相助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  ,碳纤维等纳米碳质料在柔性超等电容器中有着辽阔的应用前景  ,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标准。
(2)纳米碳质料价格总体偏贵  ,目前还难以用于工业化生产。

(3)应该不绝探寻新的电化学性能优异的质料;从细微处剖析储能机理  ,对现有质料进行革新;还可以针对应用场合的差别  ,对超等电容器结构进行革新。


文章来源:知网

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