【摘 要】
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随着便携式电子产品的商业需求不断增长,对高能量、高功率密度的柔性电源的需求越来越大。近年来,国家提出了碳达峰和碳中和政策,对新型能源技术的需求日益增加。超级电容器具有安全性和功率密度高,可以进行多功能化的设计,吸引了众多研究者的兴趣。碳基材料,尤其是碳布,由于其具有高导电性、高稳定性和易于制造等特性,是构建柔性超级电容器的最佳选择之一;但碳布的纤维表面有许多杂质,且能量密度比较低,需要对碳布的表面
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随着便携式电子产品的商业需求不断增长,对高能量、高功率密度的柔性电源的需求越来越大。近年来,国家提出了碳达峰和碳中和政策,对新型能源技术的需求日益增加。超级电容器具有安全性和功率密度高,可以进行多功能化的设计,吸引了众多研究者的兴趣。碳基材料,尤其是碳布,由于其具有高导电性、高稳定性和易于制造等特性,是构建柔性超级电容器的最佳选择之一;但碳布的纤维表面有许多杂质,且能量密度比较低,需要对碳布的表面进行处理,再和高比电容的材料复合使用。Ni Co2O4由于具有高的理论存储容量,制备方法简单,因此被认为是一种具有研究价值的赝电容电极材料。Ni Co2O4的理论比电容达到500 F g-1,通过与碳布、碳纳米管等材料复合,使制作的电极材料既具有碳材料的高导电性,又可以兼具过渡金属材料的高比电容的特性。我国地域辽阔,气候复杂。对于高纬度地区和极寒地区,需要能耐低温环境的储能装置以满足人们工作生活的要求。水系电解质在低温下,会出现析晶现象,导致超级电容器的性能下降。通过加入防冻化合物,降低水系电解质的冰点,制备耐低温的凝胶电解质。同时,在低温环境下,太阳光辐照超级电容器,使电容器的性能得到提升。本文主要的工作如下:（1）为了改善碳布的亲水性,用有机溶剂和硫酸处理碳布,再放入含有钴离子和镍离子的溶液中,通过简单的水热法,经过管式炉空气氛围处理,得到了钴酸镍负载在碳布的电极（Ni Co2O4@CC）。制备的电极材料的比电容是613.4 F g-1(1 A g-1)。把PVA膜浸入含有氢氧化钾的DMSO/H2O的溶液（摩尔比1:1）中,得到了可以耐低温（-30℃）的PVA有机水凝胶。为了拓宽电压窗口,活性炭作为负极,与Ni Co2O4@CC组成能提供1.2 V高电压的非对称电容器,最大功率密度为1611W kg-1。无论常温还是-30℃的低温,电容器都可以正常工作;在-30℃的温度下,电容器的比电容是22.0 F g-1,与常温相比电容保留率为52.4%。最后,在-30℃的温度下,引入一个太阳光辐射超级电容器,与低温（-30℃）相比,电容器的性能提升了18.6%。（2）开发了一种在衬底上原位生长活性材料的方法。通过水热反应在碳纳米管表面生长Ni Co2O4纳米片,进行真空抽滤,得到负载钴酸镍的碳纳米管膜（Ni Co2O4@CNT）作为电极材料。这种良好的结构设计降低了接触电阻,提高电极的稳定性。这些优点赋予Ni Co2O4@CNT电极677.9m F cm-2的面电容(1 m A cm-2);经过10000次循环后,电容保留率在90%以上。制备的对称超级电容器能量密度和功率密度分别为3.8μWh cm-2和527.6μW cm-2。此外,该电容器可以在-30℃到室温范围内工作,-30℃下电容保留率为56.4%(1 m A cm-2)。
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