基于镍钴氧化物的柔性超级电容器的制备与研究

作     者：孙同睿 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱楠

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：镍钴氧化物 柔性电极 可穿戴超级电容器 葡萄糖传感器 自供电传感系统 

摘      要：如今,人们对于智能、便捷的可穿戴设备的需求日益增加,可穿戴超级电容器以及基于其设计自供电传感系统由于其优异的储能性能和在健康监测领域的应用前景受到了研究人员的广泛关注。镍钴氧化物作为一种具有较高比电容且环境友好的过渡金属氧化物材料被广泛应用于储能领域,同时由于其对于葡萄糖传感特性,在葡萄糖传感领域也广泛应用。实现镍钴氧化物的柔性化和优异的电化学性能并将其应用到储能和传感领域中,是高效地实现实时人体健康监测的重要环节,对可穿戴电子设备的发展有重要意义。主要研究内容如下:(1)利用简单、高效的电化学沉积法,成功制备了基于导电碳纤维的氮掺杂碳与镍钴氧化物的复合材料(CF@NiCoO@N-C)柔性电极。通过材料表征和电化学测试分析,证明了CF@NiCoO@N-C优异的电化学性能。当电流密度为2 mA cm时,比电容为644 mF cm,这表明该柔性电极具备出色的电容性能。对CF@NiCoO@N-C柔性电极在10 mA cm的电流密度下进行了10000次循环测试后,比电容保持率高达94%,验证了其优异的循环稳定性。由于碳纤维的基底的可编织性,柔性电极可以轻松的集成到衣服上,简单高效的实现可穿戴。(2)利用相似的电沉积法制备了CF@N-C柔性电极,其显示出优异的电容性和倍率性能,将其用于超级电容器的负极,与CF@NiCoO@N-C组装了柔性固态超级电容器,其中PVA/KOH凝胶电解质作为固态电解质。器件在2 mA cm下的比电容为98.5mF cm,这表明该器件具有优异的电容性能。同时器件也兼具了高电容稳定性(8000次循环后具有95%的电容保持力)和出色的柔韧性(10000次弯曲循环后具有95%的电容保持率).(3)利用柔性固态超级电容器与太阳能电池集成了自供电的柔性能源器件,电化学测试证明了其在不同情况下的稳定输出,显示了在可穿戴储能领域的应用价值。而后将利用电化学沉积法制备的CF@NiCoO@N-C柔性电极组装了无酶葡萄糖传感器,器件显示出了较高的灵敏度。在与自供电能源器件集成了构建了自供电的传感系统,实现了智能手机对葡萄糖浓度的远程检测。