基于还原氧化石墨烯的耐低温超级电容器性能研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:close_2003
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在最近十年中,由于便携式和可穿戴电子设备的发展,它大大刺激了兼备柔性与体积小的微型储能设备的研究。作为一种有广泛应用价值的储能设备,超级电容器具有功率密度高、操作安全、循环寿命较长且配置简单等的优势,而得到了普遍的开发和研究。然而,低温下的超级电容器在使用期间会由于电解质的凝固而失活,其电容性能会产生极大的衰减。因此,超级电容器在低温环境下的应用受到了极大地限制。为了克服这一短板,本论文制备了具有良好柔性的还原氧化石墨烯(rGO)薄膜,设计制备了耐低温的电解质,并组装了由rGO电极材料和耐低温电解质构成的类似三明治结构的超级电容器,其主要内容和结果包括:(1)制备了具有良好柔性的蜂窝状多孔层状结构的rGO薄膜,退火后的rGO薄膜可以在液氮条件下很好地折叠并且快速恢复原状。将其与Li2SO4水系电解液结合组成的超级电容器能在-40℃的低温环境下工作,两电极测试的比电容可以达到25.1F/g,是室温下性能(76.0 F/g)的33.03%。当电流密度是0.2 A/g,-20℃经过5000次充/放电循环,容量保持率是83.3%,证明了蜂窝状多孔层状结构的rGO薄膜组成的超级电容器具备良好的耐低温性能。(2)制备了含LiCl/PVA/甘油的有机水凝胶电解质,该有机水凝胶电解质具备良好的柔性和机械性能,可以在-60℃的极低温度下正常工作且不凝固,而且具有良好的导电性,离子电导率达到0.0016 S/cm。结合上述制备的rGO薄膜组成的超级电容器,在两电极系统中测试,能在-60℃的低温下稳定地运行,比电容达到7.73 F/g。不仅如此,180°范围内还能进行弯折,呈示出较好的柔性和机械性能,并且其电化学性能稳定。(3)制备了基于高孔隙率的碳布(CC)的rGO/CC电极材料,有效提高了rGO薄膜表面孔隙率。将这一rGO/CC电极材料与上述有机水凝胶电解质组合,制备了有机水凝胶电解质耐低温超级电容器,可以在超低温(-60℃)下运行完成储能工作。经过两电极体系测试,在-60℃时的比电容为30.5 F/g,大大提高了这一电极材料在低温下的比电容,经过5000次充/放电循环之后,电容保持率为81.4%。
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