碳納米材料高能柔性電容器研究方面取得進(jìn)展
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，柔性、可穿戴、可折疊、智能化是電子設(shè)備發(fā)展的主流方向，為電子產(chǎn)品提供能量的儲(chǔ)能器件也逐步向輕、薄、韌等方向發(fā)展。柔性超級(jí)電容器是一種儲(chǔ)能器件，具有高容量、充放電速度快、安全環(huán)保等特點(diǎn)，在新興的電子智能設(shè)備等高新技術(shù)上有著廣闊的應(yīng)用前景。碳纖維和碳納米管紗布等碳紡織品作為柔性電極活性材料已經(jīng)被廣泛研究并且表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，然而由于大部分產(chǎn)品是水系電解液，其放電電壓低于2V，極大降低了這些柔性超級(jí)電容器的能量輸出，限制了其發(fā)展和實(shí)際運(yùn)用。
中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所國(guó)際實(shí)驗(yàn)室張躍鋼團(tuán)隊(duì)近期結(jié)合靜電紡絲技術(shù)和高溫?zé)峤饧夹g(shù)，制備在一維碳纖維上生長(zhǎng)垂直碳管的三維多級(jí)結(jié)構(gòu)，并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行研究。在碳纖維上生長(zhǎng)垂直碳納米管陣列，提高了碳纖維的比表面積、導(dǎo)電性、多孔性以及電解液的浸潤(rùn)性，同時(shí)利用離子液3體電解液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水系電解液將其輸出電壓擴(kuò)展到4V，有效提高了柔性電容器的能量輸出。以離子液體為電解液所組成的柔性電容器在30°C，電流密度為0.5A/g的條件下，其比容量達(dá)到70.7 Wh/kg, 在60°C，電流密度為1A/g的條件下，其比容量達(dá)到98.8 Wh/kg。用該材料組裝的柔性電容器也表現(xiàn)出超高的循環(huán)穩(wěn)定性，在充放電循環(huán)20000次后，其容量保持率為97%。該三維柔性碳電極材料的優(yōu)異性能得益于，利用垂直碳管類儲(chǔ)存和積累電荷，而碳纖維導(dǎo)電基底運(yùn)輸電荷形成一個(gè)三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，極大地促進(jìn)電子和離子的移動(dòng)速度，減少材料本身電阻。相關(guān)成果已作為封面文章發(fā)表在Chemistry of Materials(DOI: 10.1021/cm 503784x)雜志上。
該材料的合成方法采用柔性的碳纖維代替以往堅(jiān)硬的硅或者金屬基底來(lái)生長(zhǎng)碳納米管陣列，同時(shí)采用PVP固體分解提供碳源的方法避免可燃性氣體的使用，合成了仙人掌狀的三維柔性碳電極材料，既降低了成本也提高了制備的安全性，有望大規(guī)模合成，并運(yùn)用于新興的柔性電子儲(chǔ)能設(shè)備。
以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金的大力支持。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-09-05
