检索结果-南通市图书馆

作者：李友建西南交通大学

学位级别：硕士

可穿戴超级电容器是一种新型的储能器件可以满足在特殊条件下的性能需求,但是目前存在容量低、生物相容性和力学性能差等问题。金属有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)因其具有规则的多孔结构、比表面积大等独特的性能,被应用于... 详细信息

可穿戴超级电容器是一种新型的储能器件可以满足在特殊条件下的性能需求,但是目前存在容量低、生物相容性和力学性能差等问题。金属有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)因其具有规则的多孔结构、比表面积大等独特的性能,被应用于超级电容器。但是大部分MOFs材料的导电性、分散性和生物相容性不好,使得在实际运用中受阻。PGO表面丰富的官能团与MOFs结合可以改善MOFs的分散性提高导电率。水凝胶具有高柔韧性、可伸缩性和生物相容性等特点,因此在生物电子领域具有良好的运用前景。为了满足可穿戴超级电容器的性能要求,本研究设计了一种具有粘附、导电、生物相容性良好以及优良储能性能的导电水凝胶电极材料,首先对其电化学性能、粘附性能、力学性能及生物相容性进行研究。其次把该水凝胶电极极材料与同种水凝胶电解质材料组装成全系水凝胶超级电容器,并对研究其电化学性能。具体研究内容可分为以下几部分:(1)本论文制备了双金属Co/NiMOF-PGO复合物。其中的亮点有:掺杂的金属镍离子可以提供额外的氧化还原反应降低了电荷转移阻抗,金属钴离子和金属镍离子之间的协同效应促进了金属节点之间的电子耦合,促进了电子转移增强了氧化还原反应活性,使得双金属Co/NiMOF的比电容大于单金属CoMOF或者单金属NiMOF的比电容。通过聚多巴胺还原氧化石墨烯得到的PGO具有更强的机械性能、热稳定性和导电性。最后将双金属Co/NiMOF与PGO混合形成Co/NiMOF-PGO复合纳米颗粒,PGO表面的酚羟基和大量的活性位点可以改善双金属Co/NiMOF的分散性和稳定性,同时PGO也作为双金属Co/NiMOF颗粒之间的桥梁提高了双金属Co/NiMOF的导电性能。(2)将双金属Co/NiMOF-PGO复合物掺杂到丙烯酸羟乙酯(HEA)和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(DMAPS)水凝胶网络得到具有导电、粘附和柔韧的Co/NiMOF-PGO-DMAPS-HEA水凝胶。双金属Co/NiMOF多价态的特性可以为多巴胺的酚醌转换提供电子来维持平衡得到持久的粘附性能,同时PGO大的比表面积和大量的官能团也有利于与基材表面发生反应提升粘附力。此外双金属Co/NiMOF-PGO复合颗粒与水凝胶网络相互交联机械互锁,提高了水凝胶的机械性能。(3)将Co/NiMOF-PGO-DMAPS-HEA水凝胶组装成超级电容器,通过电化学性能测试、肌电信号测试和储能性能测试,证明了该水凝胶超级电容器具有优异的稳定性和储能性能。双金属Co/NiMOF的多孔特性有足够的空间来应对电子传输过程中引起的变形,同时金属钴离子和金属镍离子的赝电容性以及PGO大量重叠的共轭π-π键和大的比表面积,有利于电子的传输和储存使得水凝胶具有优异的导电性能和储能性能。此外将Co/NiMOF-PGO-DMAPS-HEA水凝胶植入Sprague Dawley(SD)大鼠体内观察炎症反应,实验结果表明Co/NiMOF-PGO-DMAPS-HEA水凝胶具有良好的生物相容性。综上所述,本论文制备了具有粘附、导电和生物相容性良好的Co/NiMOF-PGODMAPS-HEA水凝胶。然后再将Co/NiMOF-PGO-DMAPS-HEA水凝胶组装成超级电容器用于可穿戴超级电容器。

关键词：有机金属框架导电水凝胶粘附水凝胶可穿戴超级电容器

RGO/PANI均相复合柔性自支撑电极的制备及其储能性能研究

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RGO/PANI均相复合柔性自支撑电极的制备及其储能性能研究

作者：唐芊湖南大学

学位级别：硕士

柔性超级电容器因其具有优异的储能性能与可形变性,在便携式电子器件领域具有重要应用价值。作为柔性超级电容器中不可或缺的部分,柔性电极需兼顾良好的储能性能和优异的力学性能,而如何在电极具有优异储能性能的同时赋予其良好的柔性... 详细信息

柔性超级电容器因其具有优异的储能性能与可形变性,在便携式电子器件领域具有重要应用价值。作为柔性超级电容器中不可或缺的部分,柔性电极需兼顾良好的储能性能和优异的力学性能,而如何在电极具有优异储能性能的同时赋予其良好的柔性是目前亟待解决的问题之一。本论文设计均相结构的石墨烯/聚苯胺(RGO/PANI)复合电极,可提高电极中聚苯胺的含量,并避免石墨烯片层间的过度堆叠和团聚,由此组装成结构均匀的电极,提升其储能性能的同时,保持良好柔性。本文对所得均相复合柔性电极的形貌结构和储能性能进行了多方面调控和研究,具体包括以下几个方面:(1)GO/PANI复合凝胶的制备及调控。采用改良的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),将PANI与GO分散液混合,通过PANI与GO片层之间的相互作用形成GO/PANI凝胶;随后,将其进行还原与成型,得到自支撑RGO/PANI复合凝胶电极。重点探究了PANI水凝胶含量对所制备的RGO/PANI凝胶电极的结构和性能的影响规律。结果表明,PANI的引入可提升石墨烯的比容量,但含量过大时会出现团聚现象,导致复合凝胶电极的储能性能降低。当PANI水凝胶含量为11%时性能最优,凝胶电极在1 A g时比容量为229.98 F g。构建对称超级电容器,该凝胶电极的比容量为154.91 F g(0.50 A g),且具有较长的循环寿命,经历10,000圈循环后,容量仍能保持87.10%。(2)GO/PGO/GO三明治结构均相复合材料的制备及调控。为了提升PANI的负载量,采取先复合再组装的策略制备均相G/PG/G自支撑复合电极。首先,通过化学聚合法在GO片层表面生长阵列状PANI,由此制备GO/PANI复合片层(PGO)。PGO片层与额外引入的GO(记为GO2)自组装形成三明治结构,随后,通过真空抽滤可将GO/PGO/GO三明治复合片层组装成柔性自支撑电极,进一步还原即可得到均相G/PG/G自支撑复合电极。重点研究了聚苯胺单体的原位生长温度、生长时间与单体浓度对PANI形貌的影响规律。结果表明,在3℃下生长24h合成PANI较为适宜,苯胺单体浓度为0.09 M时所得PANI的径向尺寸较大,约为53.40 nm。调控均相G/PG/G自支撑复合电极中PGO片层的含量以制备电化学性能优异的电极,当PGO含量为70%时,均相复合电极中PANI的载量可提高至38.5%,该电极0.20 A g下比容量可达到345.60 F g,但随电流密度的增加,比电容快速下降。(3)均相RGO/PGO/RGO复合纤维的制备及调控。将上述制备的GO/PGO/GO三明治结构通过限域水热法制备均相复合纤维电极,使片层间排布更为紧密,并进一步提升聚苯胺载量,改善其储能性能,且所得均相复合纤维电极良好的可编织性。重点研究还原剂与PGO的含量对所得复合纤维的形貌结构和性能的影响规律,制备电化学性能良好的PGR均相复合纤维电极。该均相结构纤维中,聚苯胺的载量可提高至41.6%,明显高于已有RGO/PANI复合电极中的PANI载量。当VC/GO2=2/1时,PGR-41.6%纤维电极在1 A g和10 A g下的比容量分别为638.52 F g和375.90 F g。基于该电极构建超级电容器,其电极的比容量为353.25F g(0.20 A g)、169.45 F g(2 A g),当其能量密度为2.56 m Wh cm时,功率密度可达到271.88 k W cm,并且经10,000次弯曲后,容量保持率高达90.55%,具有良好的柔性。

关键词：均相结构石墨烯/聚苯胺复合材料柔性电极可穿戴超级电容器

棉织物基柔性电极的设计、制备及其电化学性能研究

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棉织物基柔性电极的设计、制备及其电化学性能研究

作者：王卫潇信阳师范学院

学位级别：硕士

随着社会的迅速发展,人们对高效的电化学能源存储和转换装置的需求日益增加,新型电极材料的结构设计也在不断推进。所以,目前所选用的电极材料不仅要表现出优异的电化学性能,而且要具有良好的可裁剪性、机械稳定性和环境友好性。本论文... 详细信息

随着社会的迅速发展,人们对高效的电化学能源存储和转换装置的需求日益增加,新型电极材料的结构设计也在不断推进。所以,目前所选用的电极材料不仅要表现出优异的电化学性能,而且要具有良好的可裁剪性、机械稳定性和环境友好性。本论文使用棉织物作为柔性电极基底材料,通过对其表面进行电化学修饰,显著地改善了电极的电化学性能,具体研究工作如下:(1)通过原位聚合法和电化学沉积法在化妆棉(CPs)表面先后生长聚吡咯(PPy)和二氧化锰(MnO)超薄纳米片,成功地制备了PCPs@MnO复合电极材料。其中PPy层不仅提高了CPs的导电性,而且提供了大量的电化学活性位点。因此,基于PCPs@MnO电极材料的可穿戴超级电容器表现出了优异的电化学性能。在电流密度为1 mA cm时,器件的面积比电容高达1.21 F cm。并且,经过5000次多倍率循环充放电后,面积比电容仍然可以保持88%。(2)利用溶液法在PCPs表面生长金属有机骨架化合物(ZIF-67)阵列,随后通过离子交换/刻蚀的方法将ZIF-67阵列转化成中空的钴镍层状双金属氢氧化物(CoNi-LDH)阵列,成功合成了马铃薯状的CoNi-LDH@PCPs复合材料。实验和理论计算表明:Ni掺杂可以修饰电子结构,改善电化学过程中去质子化/质子化的反应过程。因此,基于CoNi-LDH@PCPs复合电极的可穿戴超级电容器在功率密度为0.8 KW kg时,能量密度高达86.05 Wh kg。并且,经过5000次循环充放电后,该器件的比电容仍然保持了初始值的93%。此外,本研究中的马铃薯状CoNi-LDH@PCPs复合材料可同时作为析氧反应(OER)电催化剂。在电流密度为10 mA cm时,该电催化剂具有较低的过电位(350 mV)和较小的塔菲尔斜率(58 mV dec),表现出优异的电催化活性。(3)为了进一步改善电极的机械稳定性,我们将片状碳化钛(MXene)包覆在CPs表面,随后生长中空的CoNi-LDH阵列,并利用MXene再次封装,成功制得了帐篷状的MXene/CoNi-LDH/MXene-CPs复合电极材料。实验结果证明,MXene的加入不仅缩短了离子的扩散距离,也减缓了CoNi-LDH在充放电过程中的体积变化。在电流密度为1 A g时,MXene/CoNi-LDH/MXene-CPs电极的比电容高达1684 F g。此外,MXene/CoNi-LDH/MXene-CPs电极作为OER电催化剂也可以表现出优异的电催化活性。在电流密度为10 mA cm时,该电催化剂的过电位仅有297 mV。

关键词：可穿戴超级电容器析氧反应棉织物 CoNi-LDH MXene

基于镍钴氧化物的柔性超级电容器的制备与研究

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基于镍钴氧化物的柔性超级电容器的制备与研究

作者：孙同睿大连理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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