金属氧/硫化物修饰石墨烯复合纤维及其柔性超级电容器

纤维型柔性超级电容器由于其高功率密度、长循环寿命、微型化、优异柔韧性等特点,在可穿戴电子产品、智能织物领域备受关注。以氧化石墨烯和片状二硫化钼为混合纺丝液,通过限域水热法组装制备二硫化钼/石墨烯复合纤维,并在纤维表面原位均匀沉积二氧化钌,制备二氧化钌@二硫化钼/石墨烯复合纤维(RuO_(2)@MoS_(2)/GF)。采用SEM、TEM、XPS、XRD等测试方法对复合纤维进行结构形貌表征,并组装纤维型超级电容器,评价其在凝胶电解质体系的电化学性能。结果表明:在电流密度为0.2 mA/cm^(2)时,RuO_(2)@MoS_(2)/GF的比电容为685 mF/cm^(2),同时具有良好的循环稳定性,充放电循环6000次后,比电容保持率80%;通过将纤维型超级电容器串联,实现为电子计时器实际供能,促进石墨烯纤维在智能可穿戴领域的应用。

用于柔性超级电容器的多孔有机大分子复合凝胶电解质

通过选择性溶解法制备了多孔结构的聚乙烯醇(PVA)基大分子羧甲基纤维素(CMC)复合凝胶电解质,以此提高凝胶电解质的离子电导率和柔性超级电容器的电化学性能。使用扫描电子显微镜(SEM)对凝胶电解质的形貌进行了表征。凝胶内部为多孔的网络结构,不规则的孔均匀分布在PVA基体中。同时,采用活性炭作为电极组装成柔性超级电容器。对凝胶电解质的离子电导率、吸水率和热稳定性进行了测试,实验结果表明多孔PVA-10%CMC复合凝胶电解质离子电导率最高可达64.3 mS/cm,具有130.3%的吸水率和63.8%的保水率,并且在-10、25和40℃温度梯度下可以稳定使用。此外,利用其组装的柔性超级电容器的比电容最高可达40.0 F/g,循环10000圈后的比电容保持率为55%,并且有优异的倍率性能和弯曲性能。因此,多孔结构的构建和CMC的复合是提高凝胶电解质性能的有效方法。

纤维素基水凝胶作为柔性超级电容器电解质的研究进展

传统超级电容器多使用液态电解质组装,然而其因过多外力而破损时,有毒且易挥发的液体电解质会发生泄露,进而引发安全隐患。为解决这一问题,需要开发柔性超级电容器,以抵抗外部力量的破坏。近年来,纤维素材料因绿色、经济和可再生的特点成为储能装置的理想材料,以纤维素基水凝胶组成的超级电容器表现出良好的物理、化学性能(如高柔韧性、优良的机械强度和导电能力)。纤维素基水凝胶在柔性超级电容器领域的应用已成为当前研究热点。本文综述了纤维素基水凝胶电解质的最新研究进展和成果,包括不同纤维素及其衍生物制备水凝胶电解质的性能与特点。最后,讨论了未来纤维素材料作为新能源材料的研究潜力和挑战。

碳材料在柔性超级电容器中的研究进展

轻便灵活的柔性超级电容器在可穿戴和便携式电子储能装置中有着潜在的应用前景。碳材料因具有优异的柔韧性、良好的导电性和较大的比表面积,通常在柔性超级电容器中发挥着柔性基底和导电活性填料的作用。本文首先综述了双电层、赝电容以及混合型超级电容器的储能机理。其次分别介绍了以碳材料作为柔性基底和导电活性填料的最新研究进展。碳材料作为柔性基底复合赝电容材料时,既可以提供大的比表面积,也可为氧化还原反应提供大量活性位点;而作为其他柔性基底的导电活性填料时,既能够改善赝电容材料稳定性的问题,也为电解质离子提供传输通道。文章最后提出了当下柔性超级电容器电极在力学性能、制备方法和评价标准中面临的相关问题。

微流控纺丝制备石墨烯纤维基柔性超级电容器的研究进展

为更好解决石墨烯纤维基超级电容器在柔性储能领域所面临的微结构调控困难、电化学性能不足的问题,对微流控纺丝制备石墨烯纤维基柔性超级电容器的研究展开论述。介绍了微流体纺丝通道的类型及其构筑方法,随后聚焦于微流体在微通道中的流体流动行为和凝固机制;在此基础上,围绕纤维结构-性能关系和柔性储能应用介绍了微流控纺丝技术在制备石墨烯纤维基柔性超级电容器方面的研究进展。分析认为:石墨烯纤维基超级电容器具有能量密度高、柔性好、安全性高等特点,在可穿戴电子设备供能领域拥有巨大潜力;为进一步优化纤维微观结构与化学组成,未来发展微流控纺丝制备石墨烯纤维基电极需要综合考量纺丝芯片设计加工、流体数值模拟、纤维微结构构筑3个方面因素。

柔性超级电容器及其研究进展

在众多可穿戴储能设备中柔性超级电容器凭借其功率密度大而受到广泛关注。对超级电容器的分类及组成进行综述;根据设备结构将柔性超级电容器分为一体化超级电容器和非一体化柔性超级电容器;详细介绍两种结构超级电容器的研究进展并分析各自的优劣;总结柔性超级电容器在可穿戴产品中所面临的挑战,对其在智能可穿戴领域未来的发展方向进行展望,为解决可穿戴超级电容器的研究和实际应用提供一些新思路。

碳布生长二维Ni-MnMOF用于柔性超级电容器

通过溶剂热法在碳布(CC)表面生成二维Ni-Mn层状双金属氢氧化物,利用溶剂热法将其转化为二维Ni-Mn金属有机骨架(Ni-Mn MOF),产物形貌保持良好。探究了不同Ni、Mn元素物质的量之比、反应温度和反应时间对材料形貌、结构及性能的影响。当Ni、Mn元素物质的量之比为9∶1、反应温度为120℃、反应时间为12 h时,Ni-Mn MOF/CC电极的电化学性能最佳。在电流密度为1 mA·cm^(-2)时,该电极的面积比电容高达4007.5 mF·cm^(-2),同时该电极具有良好的循环稳定性。将该电极应用于柔性对称超级电容器中,该柔性对称超级电容器可180°弯折,且在10 mA·cm^(-2)的电流密度下进行5000次循环后电容保留率为83.6%,具有良好的循环稳定性和柔韧性。

二维材料与导电聚合物复合材料在柔性超级电容器中的研究进展

可穿戴电子设备的快速发展推动了人们对柔性超级电容器的研究。导电聚合物由于其高导电性、快速可逆的氧化还原反应及类似传统聚合物材料的柔韧性,在柔性超级电容器中具有巨大的应用潜力。纯导电聚合物电极电化学性能有限(低循环寿命和实际容量),与新兴的二维材料组成复合材料能改善其电化学性能。本文首先介绍了二维材料与导电聚合物复合材料从一维到三维的制备与组装策略,随后综述了它们在不同结构(纤维结构、三明治结构和平面叉指结构)柔性超级电容器中的最新研究进展,最后指出了导电聚合物基复合材料在柔性超级电容器中面临的挑战以及未来的发展趋势。

纤维素纳米纤维基层层自组装透明柔性导电膜及其电致变色柔性超级电容器

以纤维素纳米纤维(CNFs)膜为基材,通过层层自组装法设计并制备了CNFs/[Cu2+-GO]5/[PANIPEDOT∶PSS]10复合膜(CGPP膜),经过除铜,将氧化石墨烯(GO)还原为还原氧化石墨烯(RGO),得到CNFs/RGO5/[PANI-PEDOT∶PSS]10复合导电膜(CRGPP-10膜),并以H2SO4-PVA凝胶为电解质,双片CRGPP-10膜为电极,组装了双电极体系的柔性超级电容器S-RGPP.对CGPP膜和CRGPP-10膜进行紫外-可见光谱、结晶特性和形态表征,并对S-RGPP的循环伏安(CV)曲线、恒电流充放电性能(GCD)及电化学阻抗谱(EIS)等电化学性能进行分析.结果表明,通过层层自组装法制备的CRGPP-10膜具有均匀和透明度可控的优点.柔性超级电容器S-RGPP的内阻较小,同时具有双电层(EDL)电容和赝电容性能,表现出良好的柔性和一定的电致变色性.RGO的加入使S-RGPP的循环稳定性得到改善.

全印刷柔性超级电容器的制备与研究进展

便携式和可穿戴电子设备正朝着小型化、轻薄、柔性和智能化的方向发展,与之对应的能量存储器件也应该具有柔性、安全和轻便的特点。为了满足这些需求,印刷柔性超级电容器正引起广泛关注。本研究结合作者所在课题组近年来的研究进展,从电极材料合成和器件设计等方面对全印刷方法制备柔性印刷超级电容器进行介绍。科研人员研制了一系列具有良好印刷适性的赝电容电极材料墨水或油墨作为超级电容器核心的电极材料,包括金属氧化物、导电聚合物及其复合材料等。并借助印刷方法,在多种基材上制备柔性印刷超级电容器,例如纸张、多种织物和柔性薄膜。通过器件的合理设计,实现了大电压和高能量密度的输出,并且这些印刷的柔性超级电容器,在弯曲或拉伸的状态下均可驱动LED灯。这种具有良好柔性的全印刷固态超级电容器为可穿戴电子的能量供应提供了新的设计思路。

苯硼酸水凝胶电解质的制备及其在柔性超级电容器中的应用

以3-丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)和丙烯酰胺(AM)为原料,过硫酸铵(APS)为引发剂,制备得到机械强度高的水凝胶电解质P(AAPBA-co-AM),探究了其力学性能以及组装成超级电容器后的电化学性能。结果表明:聚3-丙烯酰胺基苯硼酸和聚丙烯酰胺链之间多重氢键的协同作用,使得水凝胶具有良好的力学强度和韧性,其断裂应力为170 kPa,断裂伸长率为5000%。在1 A/g电流密度下,比电容达到116 F/g,经过2000次循环后的电容保持率为74%。超级电容器经多次弯曲、折叠,其电化学性能基本保持不变,展现良好的柔性以及电化学稳定性。

面向柔性超级电容器的功能水凝胶材料的研究进展

功能水凝胶作为一种三维高分子网络结构的软湿材料,具有可灵活调控的功能特性,为设计和构建高性能柔性超级电容器提供了理想的材料。本文综述了近年来面向柔性超级电容器领域的功能水凝胶材料的研究进展,重点分类介绍了面向电化学双层电容器和赝电容器的功能水凝胶材料的设计构建和性能强化。探讨了通过水凝胶电解质及电极材料的组成结构设计和性能调控来提升超级电容器的电化学性能和力学性能的策略。同时,探讨了水凝胶电解质及电极材料的组成结构设计和性能调控在实现其自愈合、高耐寒等多样化功能特性方面的重要作用。最后,对功能水凝胶材料柔性超级电容器在高储能、高柔性、高保水、自愈合、高耐寒、绿色可降解等方面的未来发展进行了展望。

基于TEABF_4/PAN-b-PEG-b-PAN柔性超级电容器的性能研究

采用溶液浇注法,以丙烯腈(AN)和聚乙二醇(PEG)制备了聚丙烯腈(PAN)-b-聚乙二醇-b-聚丙烯腈三嵌段共聚物(PAN-b-PEG-b-PAN),以其作为聚合物基体,以四乙基四氟硼酸铵(TEABF_4)为电解质盐,采用二甲基甲酰胺(DMF)作为增塑剂,制备了TEABF_4/PAN-b-PEG-b-PAN凝胶聚合物电解质。以活性炭作为电极制备柔性超级电容器,通过形貌表征和电化学性能测试探究TEABF_4与PAN-b-PEG-b-PAN的最佳质量配比。结果表明:当TEABF_4与PAN-b-PEG-b-PAN质量比为0.5时其性能最佳,电导率可达5.2×10-2S/cm、比电容为96.18F/g、能量密度为90.30Wh/Kg,5000次循环电容保持率为89%。

用于柔性超级电容器的凝胶聚合物电解质膜的制备

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)提高戊二醛(GA)交联的聚乙烯醇(PVA)凝胶在1mol/L的H2SO4溶液中的溶胀度,制备出一种用于柔性超级电容器的凝胶聚合物电解质膜,并对该电解质膜的结构、形貌、溶胀度、力学性能和电导率等进行了表征。在此基础上,组装了一种基于石墨烯电极的柔性超级电容器。结果表明:随着PVP用量的增加,膜孔数量增多且孔径增大,溶胀度增加,电导率提高,但力学强度下降。电解质膜中PVP质量分数为20%时,所组装的柔性超级电容器的比电容为111F/g,其电化学性能的温度依赖性较低,稳定性较好。

碳纤维基柔性超级电容器电极材料的应用进展

近年以来,能源领域加入了环境友好型"的理念,以此来研究和设计出新型清洁能源。超级电容器是一种能够快速充放电的新型的储存能量的器件,但本身却独有一点不足就是能量密度较小。而柔性器件顾名思义,也必须拥有柔性这一特殊的品质。本文先从超级电容器着手,介绍了它的几种分类,来分析有比较高能量密度的超级电容器,接着讲述了本次研究内容的应用进展.后又讲了几种制备这种电极材料的方法,最后总结了实际应用中,基于碳纤维基的柔性超级电容器的电极材料的进展。

石墨烯基柔性超级电容器复合电极材料的研究进展

近年来,便携式和可穿戴电子设备呈现出跨越式发展,为了使可穿戴电子器件更加灵活、轻巧、智能并完全实现产品化,就需进一步探求与之匹配的具有薄、轻、柔特点的储能装置。超级电容器由于具有功率密度高、循环寿命长、机械强度高、安全性好和易于组装等优点,受到研究者的广泛关注。然而,传统的超级电容器一旦受到外力发生变形,储能特性会极大降低甚至丧失。电极材料是电容器的核心部分,因此研制出高柔韧性和储能特性出众的电极材料是有必要的。石墨烯因具有大比表面积,优异的力学、电学性能而成为用于柔性超级电容器的有吸引力的电极材料。赝电容材料可提供高比电容,但其导电性差、稳定性低,因此研究者将石墨烯与赝电容材料相融合作为电极材料,充分发挥各自优势,不仅克服了石墨烯片层间易团聚的缺点,还可提高柔性超级电容器的整体能量密度。由于二维石墨烯片层易堆叠,电子传导能力受到限制,目前更多的研究工作致力于三维多孔网状结构的石墨烯材料。本文突出介绍了石墨烯的两个重要角色:(1)与电化学活性物质复合作为活性材料;(2)作为沉积活性物质的导电柔性基体。因此,功能多样化的石墨烯在制备柔性电极中有很大的潜力。通过化学沉积、浸涂、水热等工艺将具有高电导率的石墨烯直接作为柔性基底,或与赝电容材料键合附着在柔性基体上,制备基于石墨烯的柔性电极材料。本文介绍了超级电容器的储能原理和石墨烯在柔性超级电容器领域的应用状况,着重总结了石墨烯/过渡金属氧化物、石墨烯/导电聚合物复合电极材料在柔性超级电容器方面的研究进展;解析了柔性超级电容器电极材料仍然面临的挑战,并对其未来的发展进行了展望。

激光直写微型RGO/MWCNT/CF平面柔性超级电容器的制备及性能

将采用改性Hummers法制备的氧化石墨烯与多壁碳纳米管(MWCNT)复合,通过激光直写的方法制备了以棉织物(Cotton fabric,CF)为基底的石墨烯复合碳纳米管的同心圆形织物柔性平面超级电容器(RGO/MWCNT/CF)。通过扫描电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱技术对RGO/MWCNT/CF进行了表征,并对超级电容器的电导率和电化学性能进行了测试。结果表明,电极材料经激光还原后导电率达到了7. 19×10^4S/m,表现出良好的导电性能。以RGO/MWCNT/CF为工作电极、PVA/LiCl凝胶为电解质组装的超级电容器具有良好的电化学性能,在电位窗口为0~1 V、电流密度为40. 8 m A/cm^2时比电容达到24 mF/cm^2,功率密度为61 mW·h/kg,能量密度为1. 22 mW·h/kg,且循环1000次仍能保持92%的比电容。

基于导电聚合物柔性超级电容器电极材料的研究进展

柔性超级电容器具有灵活性高、充放电速度快、功率密度大、绿色环保、安全性高、成本低等优越性能,在可穿戴电子设备领域具有重要的应用价值。纯导电聚合物电极材料的循环稳定性和电化学性能有限,而导电聚合物复合其他导电材料形成的复合电极能改善其循环稳定性和电化学性能。根据近年来不同导电聚合物基柔性超级电容器电极材料的研究进展,介绍了以导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩)基复合材料作为柔性超级电容器电极材料的制备及其性能研究。

导电高分子在柔性超级电容器中的应用进展

超级电容器作为新一代储能器件拥有很多优势,例如:高的理论比电容值,快速充放电和循环使用寿命长。为了满足可穿戴、便捷性等要求,对柔性超级电容器的研究引发人们的广泛关注。聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩及其衍生物作为常见的三类导电高分子,因其拥有优异的导电性和高的理论比电容值,常被用来作为柔性超级电容器的电极材料。

基于液晶纺丝的有机-无机杂化纤维及其在柔性超级电容器中的应用

相比于传统的纺丝技术,液晶纺丝技术使用具有各向异性和高取向的液晶作为纺丝原液,能够制备出力学性能更加优异的纤维,同时也使得石墨烯和碳纳米管等先进材料纤维的制备成为可能。在此基础上进行有机材料和无机材料的结合,能够设计和制备应用于诸多领域的有机-无机杂化功能纤维,柔性超级电容器就是十分具有潜力的应用领域之一。首先介绍了液晶纺丝技术的相关基础知识,阐述了基于液晶纺丝技术制备有机高分子纤维、无机纤维以及有机-无机杂化纤维的研究进展,并且介绍了有机-无机杂化纤维在柔性超级电容器中作为电极材料的应用进展,最后对液晶纺丝和柔性储能器件目前存在的问题和未来的发展趋势进行了分析和展望。