论文部分内容阅读
储量有限的传统化石能源随着人类社会活动的增加,而被过渡消耗,而且带来了严重的环境污染、温室效应等问题,这迫使人们必须尽快发展高效可持续的绿色新能源以及相应的储能器件。超级电容器是一种功率密度和循环寿命高于电池,而能量密度高于传统电容器的新型储能器件。由于其稳定性好,工作温度范围宽,环境友好等特点,获得了国内外科研人员的广泛关注。尤其是近年来,随着集成电路等相关技术的进步,越来越多的便携可穿戴电子设备被应用到人们的日常生活中。相比于可穿戴电子设备的快速发展,与之相应的柔性、可穿戴储能器件的发展相对迟缓一些,因此如何改善提升当前的储能器件,如超级电容器的能量密度、穿戴性和体感舒适度,成为亟待解决的问题。纤维状超级电容器由于质量轻,体积小,柔韧性高,并且可以直接通过编织集成在可穿戴器件上,在多个维度上实现柔韧性,充分满足可穿戴柔性储能器件在实际应用中的需求而备受关注。但是当前纤维状超级电容器能量密度偏低,严重限制了实际应用和发展前景。如何制备出高能量密度和高功率密度特性兼备的纤维状超级电容器是该研究领域的主要技术难题。依据能量公式:=21(12,高能量密度的柔性超级电容器的构建可通过制备先进的柔性纤维状电极,提升容量密度和制备非对称超级电容器,扩大工作电压窗口两个方面进行。基于此,本论文的研究工作主要有:（1）首先,通过简单有效的两步水热法,制备了硫钴镍/碳纳米管纤维（NiCo2S4@CNT）柔性复合电极并对其进行了电化学性能表征,NiCo2S4@CNT纤维电极能够在0.4 A cm-3的电流密度下实现2332 F cm-3的高体积比电容。然后,我们以NiCo2S4@CNT电极为正极,氮化钒/碳纳米管纤维（VN@CNT）为负电极,聚乙烯醇/氯化锂（PVA/LiCl）为凝胶电解质,组装了缠绕结构的NiCo2S4//VN固态柔性非对称纤维超级电容器。获得的超级电容器可以在0-1.6V的电压窗口下稳定工作,并实现86.2 F cm-3的高体积比电容量和30.64 mWh cm-3的高能量密度。此外,该超级电容器还具有良好的柔韧性,在各种弯曲角度下均能保持性能稳定。经过5000次弯曲循环后,容量依然可以保持原容量的91.94%。这些结果为开发先进的柔性可穿戴储能设备奠定了良好的实验基础。（2）通过简单、低成本的水热及低温磷化工艺,在碳纳米管纤维上原位生长镍钴磷化合物纳米线（NiCoP@CNT）。NiCoP@CNT纤维电极展现出良好的物理化学特性,如高的导电性,优异的氧化还原活性,大的比表面积等。因此,该电极的具有良好的电化学性能,包括体积比电容可达950 F cm-3,这一值高于其相对应的镍钴氧化物（NiCo2O4@CNT）纤维电极。另外,通过优化,有望进一步提升该电极的比容量,从而应用于高能量密度和高功率密度的非对称柔性纤维状超级电容器的构建。