论文部分内容阅读
超级电容器是一种重要的电化学储能器件,相比于电池具有更大的功率密度及更长的循环寿命,有望在新能源汽车等领域得到广泛应用。最近,柔性超级电容器作为柔性电子器件的供能单元在柔性、可穿戴电子领域受到研究者广泛关注。电极材料的选择与搭配是提高器件性能的关键,本文重点关注赝电容材料,制备了一系列新颖的电极材料,系统研究其形貌特征及电化学性能,并利用这些材料制备了非对称结构的柔性超级电容器。具体研究内容如下:1)通过简单的室温沉积方法合成了具有正十二面体形貌的配合物ZIF-67,灼烧后即得到正十二面体的中空多孔Co3O4材料,比电容其达到1100 F g-1（1.25 A g-1）,在Co基电极中处于领先水平。材料还具有较好的循环稳定性,经历6000次充放电循环仍保持95.1%的初始比电容。这种材料还有望在电池、电化学检测等领域得到应用。2)通过室温沉淀的方法合成了一种边长为760 nm的含锰的类普鲁士蓝立方体多孔微纳米金属有机框架（MOF）材料。其独特的立方体形貌和微（micro-）孔/介（meso-）孔混合的孔结构能有效促进电解质离子和电子的迁移,提高材料的电化学性能。为了进一步提高比电容,通过向MOF分散液中添加NH4F,使所得的MOF材料转化为MOF-Mn Ox复合材料,其中氧化锰呈现纳米花状结构,均匀覆盖于MOF立方体表面,显著增强材料的比电容（1200 F g-1 vs 400F g-1,10 A g-1）,所得MOF-Mn Ox材料被用来制作柔性全固态非对称超级电容器,。3)用室温共沉淀的方法合成了Co0.5Mn0.4Ni0.1C2O4·nH2O三元草酸盐微/纳米材料,合成方法廉价、快捷、环保。系统研究了所得产物的电化学性能,比电容在电流密度为0.6 A g-1时达到990 F g-1。并以此为正极,石墨烯为负极制作了柔性超级电容器,电流密度为0.5 m A·cm-2时器件的最大体积能量密度达到0.46 m Wh cm-3。4)通过空气中灼烧NH4NiPO4·6H2O前驱体得到无定型焦磷酸镍微米材料,并首次将这种材料用于电化学储能领域,得到1050.0 F g-1的比电容（电流密度为500 m A·g-1）,进一步将所得材料与r GO作为两电极活性材料,组装了柔性电化学储能器件,器件0.10 m A cm-2时器件的最大体积能量密度为0.50 m Wh cm-3。5)合成了层状K2Co3（P2O7）2·2H2O纳米薄片材料,系统的表征了其电化学性能,并首次将其用作超级电容电极材料。进一步用喷墨打印方法以K2Co3（P2O7）2·2H2O和r GO为两极制作了平面柔性超级电容器,器件具有较大的能量密度0.96 m Wh·cm-3,并具有出色的循环稳定性,5000次循环后保持94.4%的比电容。此外器件还具有出色的弯曲稳定性（柔性）。本工作扩展了磷酸盐在储能领域的应用,并结合K2Co3（P2O7）2·2H2O的二维层状形貌探索了平面叉指这一新颖的超级电容器结构。