【摘 要】
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超级电容器作为一种能量储存器件具有高的功率密度和长的循环寿命,以及在充放电过程中发热量较低等优点,因而备受研究者的青睐。目前各种柔性电子器件的发展,对超级电容器的柔性和便携性提出了更高的要求。但是,现阶段柔性超级电容器的能量密度相对其他储能器件略显不足,而且通用的超级电容器的电极结构中发挥电化学储能作用的活性材料比例较小。针对这些问题,本论文主要以轻质的碳布为基体,采用电沉积法制备无粘结剂的超级电
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超级电容器作为一种能量储存器件具有高的功率密度和长的循环寿命,以及在充放电过程中发热量较低等优点,因而备受研究者的青睐。目前各种柔性电子器件的发展,对超级电容器的柔性和便携性提出了更高的要求。但是,现阶段柔性超级电容器的能量密度相对其他储能器件略显不足,而且通用的超级电容器的电极结构中发挥电化学储能作用的活性材料比例较小。针对这些问题,本论文主要以轻质的碳布为基体,采用电沉积法制备无粘结剂的超级电容器正、负极,最终组成具有高电压窗口的非对称柔性超级电容器,通过减少无电化学活性的材料使用以及提高电容器工作电压来提升柔性电容器的能量密度。主要工作内容和研究结果如下:（1）使用新型的二维材料Ti3C2Tx（MXene）作为电极的活性材料,通过将其分散在有机溶剂中配置成电泳液,以电泳沉积法在碳布（CC）上制备了无粘结剂的Ti3C2Tx/CC电极。因为电极中不存在粘结剂等非电化学活性材料的成分,能够实现更高的电化学性能。相对于传统的涂敷法,电泳沉积方法制备电极更简单高效,通过调整沉积时间可以方便控制活性物质的负载质量。进一步以电化学沉积制备的无粘结剂的Mn O2/CC电极作为正极,Ti3C2Tx/CC电极作为负极,组装成无粘结剂的非对称柔性超级电容器。该非对称电容器与两种对称电容器相比,其电压窗口（1.7 V）和能量密度(19 Wh kg-1)都得到了较大的提升,表明这种非对称结构的柔性超级电容器拥有更好的使用前景和价值。（2）为了进一步提升了MnO2正极的电化学性能,开发了一种简单有效的两步电沉积法来制备Mn O2/Ti3C2Tx/CC复合电极。归因于复合电极独特的多层结构以及两种活性材料良好的协同作用,所制备的Mn O2/Ti3C2Tx/CC电极实现了411.5 F g-1的高比电容。使用Mn O2/Ti3C2Tx/CC和Ti3C2Tx/CC电极组成柔性非对称超级电容器,进一步提高了电容器的能量密度。最终组装的非对称超级电容器实现了1.7 V的高电压窗口,具有24.3Wh Kg-1的高能量密度以及7630 W Kg-1的高功率密度,同时具备良好的柔性和循环稳定性,显示出了较高的实用价值。（3）通过一步电沉积法制备了PPy@Ti3C2Tx/CC复合电极来提高PPy的电化学性能。沉积液中吡咯单体（Py）和Ti3C2Tx的浓度比例是影响复合电极性能的重要因素,合适的比例关系能够使活性材料实现良好的协同作用。在Py浓度为2 M,Ti3C2Tx浓度为1.5 mg m L-1时,具有优异导电性的Ti3C2Tx与赝电容的PPy实现了良好的协同作用,复合电极表现出375 F g-1的质量比电容,且能够实现较大的活性物质负载质量。分别以PPy@Ti3C2Tx/CC复合电极和Ti3C2Tx/CC电极为正负极组装成的非对称柔性超级电容器,实现了1.2 V的高电压窗口。电压窗口的提高使得电容器的能量密度和功率密度得到显著的提升,表现出15.7 Wh Kg-1的能量密度以及8855.9 W Kg-1的功率密度。
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