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石墨烯/聚苯胺纳米复合纤维材料的制备及在可穿戴超级电容器中的应用文献综述

 2020-06-10 10:06  

一.前言 随着电子设备的不断发展,智能手环、智能眼镜等可穿戴设备正逐渐成为市场上的热点,集柔性、轻质、可弯曲和可集成等优点为一体的柔性可穿戴电子正成为发展的主流。

传统的刚性和平面状的超级电容器难以适用于可穿戴的需求,为了实现”可穿戴性”,电子设备必不可少的储能器件需具有柔性和可穿戴的特性,因此,构筑具有柔性、轻质、可编织的储能器件为可穿戴电子供能,已成为当下研究的焦点,在众多储能器件当中,一维线性结构的柔性纤维状电容器最具有开发研究的潜力。

超级电容器是一种储存电荷能力介于电介质容器和燃料电池,锂电池之间的电化学储能装置。

超级电容器较电介质容器具有更高的能量密度,较燃料电池和锂电池具有更高的功率密度,更快的充放电速度以及更长的使用寿命。

因此,可以广泛应用于备用电源、能源储备、辅助峰值调配等多种的应用场景,在工业、能源、交通、军事、通信、智能仪表、电子产品等诸多领域有着极大的市场潜力与应用价值。

二.纤维状超级电容器发展概况 纤维状超级电容器与传统的平面型超级电容器的工作原理相同,根据电极材料的电化学特征将其分为双电层超级电容器和赝电容型超级电容器。

双电层超级电容器在充放电的过程中通过静电作用将电解液中的离子可逆地吸附在电极/电解液界面从而形成双电层进行能量存储。

双电层超级电容器的电极材料主要是碳材料如碳纳米管,活性炭,石墨烯等,石墨烯相比于其他电极材料拥有独特的二维结构和出色的固有的物理特性,列如极高的导电性能与大比表面积,在超级电容器中方面拥有极好的前景。

赝电容超级电容器表现出的电化学行为与双电层超级电容器一样,但电荷存储主要是通过当施加电压时导电聚合物发生氧化还原反应发生电子转移来实现,而不是仅仅依赖于离子在界面的吸附,赝电容超级电容器的电极材料主要是导电聚合物,如聚噻吩,聚吡咯,聚苯胺等,聚苯胺相比于其他导电聚合物具有较好的电化学性能,因此聚苯胺被认为是最有可能得到实际应用的导电高分子之一:聚苯胺易和成,易处理,生产成本低,耐高温及抗氧化性能好,并具有令人较为满意的导电性能。

因此我们这里选用石墨烯/聚苯胺纳米复合纤维制备柔性超级电容器,复合材料中聚苯胺与石墨烯之间产生了相互作用,经测试表明,复合材料比电容理想,循环性能优秀,电化学性能优良。

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