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便携式储能它最行走近石墨烯柔性超级电容器

本文摘要:随着科学技术的变革,工业化和信息化的很快发展,计算机、移动电话、照相机等电子产品已沦为生活中的必需品。由台式机向笔记本电脑、座机向移动电话的改变,都指出人类对电子设备的拒绝已某种程度局限在“可用于”,而是逐步向便携化迈向。这就拒绝电子设备的储能系统必需不具备长时间的供电能力,才可使电子设备瓦解电源线的约束,沦为方便使用的可移动装置。超级电容器是一种新型的储能器件,具备高容量、低功率密度、低充放电速度等优点。 柔性超级电容器是超级电容器的一个分类。

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随着科学技术的变革,工业化和信息化的很快发展,计算机、移动电话、照相机等电子产品已沦为生活中的必需品。由台式机向笔记本电脑、座机向移动电话的改变,都指出人类对电子设备的拒绝已某种程度局限在“可用于”,而是逐步向便携化迈向。这就拒绝电子设备的储能系统必需不具备长时间的供电能力,才可使电子设备瓦解电源线的约束,沦为方便使用的可移动装置。超级电容器是一种新型的储能器件,具备高容量、低功率密度、低充放电速度等优点。

柔性超级电容器是超级电容器的一个分类。超级电容器是由电极材料、集流体、隔膜、电解液构成,而柔性超级电容器是由柔性基底、电极材料、固态电解质构成。其中电极材料可同时起着储存能量和集流体的起到,固态电解质可同时起着电解质和隔膜的起到。

与传统超级电容器比起,柔性超级电容器具备以下优点:搭配性能平稳的电极材料,提升了安全性;超薄的电极材料和精简的装配过程,大大削减了体积,使整个器件更加小型、轻质;电极材料和电解质材料用量较少,减少了生产成本,且安全性环保。1、柔性超级电容器的工作原理柔性超级电容器与超级电容器的工作原理完全相同,可分成双电层储能机制、赝电容储能机制和填充储能机制:(1)双电层储能机制是利用电极材料与电解质的接触面存储电荷,构成两个电荷层,整个过程不再次发生化学反应,仅有是离子的吸脱附。

(2)赝电容储能机制是利用电极材料中活性物质表面再次发生的共轭的水解还原成反应存储电荷的,归属于法拉第反应过程。(3)填充储能机制指整个反应过程同时经常出现双电层储能机制和赝电容储能机制。

例如:双电层储能过程中,仅有是电荷的吸脱附,电极材料的循环寿命低,但是储存电荷的表面积受限,电容值较低;而赝电容储能过程可取得较高的电容值,但由于水解还原成反应的不可逆性,循环寿命较低。两种机制协同作用,充分发挥各自的优点,填补各自的严重不足,将超级电容器的电化学性能几乎发挥出来。2、石墨烯恩柔性超级电容器(1)基于石墨烯的柔性超级电容器石墨烯是由sp2杂化的碳原子契排列成蜂窝状的二维晶体结构。

自问世以来,由于其具备高比表面积、出色的电学性能和平稳的化学性能等特点,在超级电容器领域倍受注目。Stoller等以KOH化学改性的石墨烯作为电极材料,检验了石墨烯应用于在超级电容器电极材料领域的可行性。自此,关于石墨烯作为超级电容器的电极材料的研究层出不穷。

如图1右图,石墨烯柔性超级电容器具备有所不同的构成形式。Chen等将水解石墨烯悬浊液流经玻璃管中,经还原成后,获得与玻璃管形状相近的石墨烯纤维。

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所制得的超级电容器具备较好的电化学性能及柔韧性。Zhao等将吡咯单体重新加入到水解石墨烯悬浊液中,经过单体和还原成后,获得具备较好弹性的石墨烯/凝吡咯三维结构。装配出的柔性超级电容器具备很好的可压缩性能。El-Kady等利用DVD光驱激光还原成水解石墨烯作为电极材料,制取扣除柔性超级电容器的比电容约4mF/cm2,并且具备出色的变形性能。

由于平板状的柔性超级电容器横向尺寸较小,在变形过程中自身产生的抗力较小,因而更加更容易变形。Zang等将化学气相沉积法制取的石墨烯网状薄膜移往至几种有所不同的柔性基底(凝对苯二甲酸乙二醇酯,PET;凝二甲基硅氧烷,PDMS;聚乙烯,PE;磨砂布和滤纸),并与胶体电解质装配成具备“三明治”结构的柔性超级电容器。

根据柔性基底性质的有所不同,对电容器采行有所不同的变形性能测试,如倾斜、剪切、折纸、给定变形等(图2)。测试结果找到,各种变形后电容器仍可保持稳定的电容性能,并且可以忍受上百次变形,具备很好的变形稳定性。在实际情况中动态变形更为少见,而柔性超级电容器在变形过程中仍可保持稳定的电化学性能,即具备出色的动态变形性能。

如图3右图,Li等将变形类型扩展到动态剪切变形,将碳纳米管移往至PDMS基底上,测试了有所不同突发事件频率(最低频率为4.46%/s)下的电化学性能的变化。Zang等充分利用石墨烯网状薄膜可与基底紧密结合的特点,取得以实剪切后的褶皱PDMS为基底、石墨烯网状薄膜为电极材料的可动态剪切(倾斜)超级电容器。动态剪切(倾斜)频率可高约60%/s。

剪切过程通过CV曲线展开动态检测,结果表明,动态剪切(倾斜)过程中未见显著的性能毁坏,具备很好的动态变形性能。


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