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便携式储能它最行走近石墨烯柔性超级电容器【亚博首页】


本文摘要:随着科学技术的变革,工业化和信息化迅速发展,电脑、手机、照相机等电子产品成为生活的必需品。

随着科学技术的变革,工业化和信息化迅速发展,电脑、手机、照相机等电子产品成为生活的必需品。他指出,从台式机到笔记本电脑、从座机到手机的变更,在某种程度上限于人类对电子设备的拒绝“可用”,正在推进手机化。这是拒绝电子设备的蓄电系统为了使电子设备崩溃电源线的制约,必须具有长时间的电力供给能力,成为容易使用的便携式装置。超级电容器是一种新型蓄电设备,具有高容量、低功率密度、低充放电速度等优点。

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柔性超级电容器是超级电容器的分类。超级电容器由电极材料、集电体、隔膜、电解液构成,柔性超级电容器由柔性基板、电极材料、固体电解质构成。

其中电极材料可以同时发挥能量蓄积和集电体的作用,固体电解质可以同时发挥电解质和隔膜的作用。柔性超级电容器与以往超级电容器相比,具有组合性能顺畅的电极材料、提高安全性的优点。超薄的电极材料和紧凑的组装过程大大减少了体积,使整个设备更小型、更轻。

电极材料和电解质材料的使用量少,生产成本降低,安全性环保。1 .柔性超级电容器的工作原理柔性超级电容器和超级电容器的工作原理完全相同,分为双电层存储机制、伪电容器存储机制和填充存储机制(2)伪电容存储机制在电极材料中(3)填充储能机制是指在整个反应过程中经常同时出现双电层储能机制和伪容量储能机制。

例如,在双电层的储藏过程中,只有电荷的吸附解吸,电极材料的循环寿命低,但储藏电荷的表面积受到限制,电容值低。伪电容的积累过程可以得到较高的电容值,但水解还原为反应的不可逆性,因此循环寿命低。两个机制协同工作,充分发挥各自的优点,弥补各自的严重不足,几乎发挥超级电容器的电化学性能。2 .石墨烯柔性超级电容器(1)基于石墨烯的柔性超级电容器石墨烯是sp2混合碳原子链排列成蜂窝状的二维晶体结构。

被世人追问以来,由于具备高比表面积、优异的电性能、平稳的化学性能等特征,在超级电容器领域备受瞩目。Stoller等人以KOH化学改性石墨烯为电极材料,验证了石墨烯在超级电容器电极材料领域的应用可能性。从那以后,相继进行了石墨烯作为超级电容器的电极材料的研究。

如图1右图所示,石墨烯柔性超级电容器具有不同的构成形态。Chen等人将水解石墨烯悬浊液流入玻璃管,还原后,得到了接近玻璃管形状的石墨烯纤维。得到的超级电容器具有良好的电化学性能和灵活性。

Zhao等人在水解石墨烯悬浊液中新加入吡咯单体,经过单体和还原,得到了比较有弹性的石墨烯/吡咯三维结构。组装好的柔性超级电容器具有很好的压缩性。El-Kady等人用DVD驱动器激光水解石墨烯作为电极材料进行还原,制造减去柔性超级电容器的比容量约为4mF/cm2,具有优异的变形性能。

平板状柔性超级电容器的横向尺寸小,变形过程中自身产生的抵抗力小,因此更容易变形。Zang等人用化学气相沉积法采集的石墨烯网膜制作了一些不同的柔性基板(对苯二甲酸乙二醇酯、PET; 二甲基硅氧烷,PDMS; 聚乙烯,PE; 磨砂布和滤纸),和胶体电解质组合,具备“三明治”结构的柔性超级电容器。根据柔性基板的性质,对电容器进行倾斜、剪切、折纸、规定的变形等不同的变形性能试验(图2 )。

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测试结果表明,各种变形后电容器仍能保持稳定的电容性能,而且能承受数百次变形,具有良好的变形稳定性。实际上动态变形更少见,但柔性超级电容器在变形过程中也能维持稳定的电化学性能,即优异的动态变形性能。如图3右图所示,Li等人将变形类型扩展到动态剪切变形,将碳纳米管移动到PDMS基板上,测量了不同突发事件频率(最低频率4.46%/s )下的电化学性能的变化。

Zang等人利用石墨烯网膜能够与基板紧密接触的特征,取得了以实际剪切后的褶皱PDMS为基板、以石墨烯网膜为电极材料的可动态剪切(倾斜)的超级电容器。动态切割(倾斜)频率可以提高约60%/s。

剪切过程用CV曲线展开动态检测,结果表明,动态剪切(倾斜)过程未见明显的性能破坏,具有良好的动态变形性能。


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