基于取向碳纳米管的平面状全固态可拉伸超级电容器的性能研究

摘要

近年来，可拉伸电极和电解质的匮乏严重限制了具有高容量和高拉伸性的全固态超级电容器的发展。过渡金属硫化物与导电聚合物因具有较好的电化学性能而被广泛应用于超级电容器，碳纳米管因其良好的力学稳定性而受到广泛关注。本文通过碳纳米管复合二硫化钼和碳纳米管复合Ag掺杂的聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸钠（PEDOT:PSS ）作为电极，聚乙烯醇/磷酸(PVA/H3PO4)作为电解质制备了具有高容量可拉伸的全固态超级电容器，并首次通过垂直堆叠法制备了可双向拉伸的全固态超级电容器，为发展可拉伸以及可双轴拉伸超级电容器提供了简便有效的方法。本论文主要分为以下三个部分： 首先，通过水热合成法制备层状二硫化钼（MoS2），CVD 法生长取向碳纳米管，对碳纳米管复合不同质量 MoS2组装的超级电容器进行电化学性能测试，得到最大面积比容量为8.17 mF/cm2。制备的超级电容器具有较好的拉伸性能，当拉伸至 160%时电化学性能几乎没发生任何改变，表现出非常良好的力学稳定性。 随后，对PEDOT:PSS进行掺杂改性，当PEDOT:PSS中加入1.0 wt%的Ag，碳纳米管负载Ag掺杂的PEDOT:PSS为12.4 wt%时超级电容器比容量最高，所组装的超级电容器不仅容量高达64 mF/cm2（对应于85.3 F/g），而且在拉伸达到 480%时容量可以保持 98%，为目前我们所知基于相同电解质的全固态超级电容器拉伸量最大。新组装的超级电容器在循环拉伸 400% ，100 次之后容量仍然能够保持90%，表明其具有出色的拉伸稳定性。 最后在单轴拉伸的基础上构筑了垂直堆叠的方法制备出可双向拉伸的超级电容器。制备的电容器电化学性能受堆叠影响较小，容量仅减少 13%。组装的超级电容器能够在双轴拉伸 96%的状态下保持原来容量的92.9%，表明其具有非常好的拉伸稳定性。

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