《集於一體的柔性電化學電容器的構建及其性能研究》是依託山西大學，由韓高義擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：集於一體的柔性電化學電容器的構建及其性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：韓高義
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電化學電容器的性能依賴於電極活性材料的組成、結構和導電性以及器件的結構和器件的組裝過程。項目將利用電紡有機纖維膜、常用的濾膜、隔膜和紙張為柔性多孔材料，利用化學鍍法在膜的兩個表面沉積金屬導電層，製得表層導電而中間絕緣的夾心多孔複合膜；然後以電化學共沉積的方法在夾心複合多孔膜兩面的導電層沉積導電高分子與氧化石墨烯、化學修飾的石墨烯和碳納米管的複合物；沉積有電活性物質的夾心電極集組成電容的兩個電極和隔膜於一體能有效地減小器件的總質量和體積，電化學沉積能使電活性物質與金屬導電層有良好的接觸，與碳納米材料複合可改善材料微結構並克服由導電高分子充放電過程中體積變化導致的不利因素。研究器件各組成部分的組成和結構對集於一體的柔性電容器性能的影響，闡明材料組成結構與柔性電容器性能之間的關係，研製出集於一體的高性能柔性電化學電容器。項目的確立與完成將為集於一體的柔性電化學電容器的研製提供理論依據和技術支撐。
結題摘要
電化學電容器通常由被隔膜分開的兩個電極組成，在重複彎折過程中因電極與隔膜的分離將導致器件性能的急驟下降。為此，採用多孔有機膜為支撐體，通過化學鍍在膜的兩面沉積連續的金膜，得到中間多孔絕緣而兩面導電的夾心結構。然後，在兩個導電面上電沉積導電聚合物，加入電解質得到集於一體的柔性電化學電容器。如：沉積PPy/GO的器件有較大的面積比電容（108.0mF/cm2），良好的循環穩定性（10000次循環後電容值保留84.5%）。經2000次彎折後，器件能保留初始電容的93.4%，彎折5000次後仍有80%的保留。沉積PEDOT的器件有優良的循環穩定性（20000次循環後保留91.8%），其性能經5000次的彎折後仍可保留99.1%。在機纖維膜上化學沉積了連續的納米鎳膜，經硫化處理製得負載有Ni3S2的柔性電極，其擁有2.3 F/cm2的面積比電容（990.1F/g質量比電容），以其為正極組裝的不對稱柔性電容具有680.5mF/cm2的面比電容或81.9F/g的質量比電容，具有優異的循環穩定性（5000次循環後可保持86.1%），基於活性物其能量密度可達29.1Wh/kg，開拓了構建鎳基柔性電極的新方法。研究了導電高分子基柔性及可壓縮性的電容器件，以三聚氰胺海綿為基質，通過內串聯的方式製備了單個器件可輸出3.0V電壓的超級電容器；可壓縮電容在不同壓縮狀態下的電化學電容行為。在項目支持下，改進了氧化石墨然的製備方法，以氧化石墨烯為原料，在極少量的二酚存在下（1/80-1/40），製備了Cs可達250F/g的石墨烯凝膠體，該材料具有良好的循環穩定性和速率性能；用濃硫酸處理苯二氨衍生物修飾的石墨烯的方法製備了純化的氮摻雜石墨烯，其Cs值可達519F/g且具有良好的穩定性和大的功率密度，以類似的思路，製備了具有高體積比電容的石墨烯膜。製備了可用於染料敏化太陽能電池的三元硫化物，調控了材料的結構，得到了與鉑催化性能相當的非鉑對電極催化材料；探索了金屬有機鹵化物鈣鈦礦膜的晶體調控及其光電池性能。項目的研究結果為開發新型超級電容材料和太陽能光電池材料奠定了一定基礎。
