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石墨烯/聚吡咯复合水凝胶压缩超级电容器研究

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了探索3D PPy-G作为活性电极在可压缩超级电容器中的应用,组装了一个压缩状态可控的两电极体系的超级电容器。通过CV和充放电曲线的测试,研究3D PPy-G电极的电化学性质。这些结果显示了这种增强的电容性能可能是来自聚吡咯和3D石墨烯共同作用的结果。

石墨烯/聚吡咯复合水凝胶压缩超级电容器研究

为了探索3D PPy-G作为活性电极在可压缩超级电容器中的应用,组装了一个压缩状态可控的两电极体系的超级电容器(图6.1和图6.10(a))。通过CV和充放电曲线的测试,研究3D PPy-G电极的电化学性质。如图6.10(b)所示,由于3D PPy-G电极具有高的孔隙率导电性以及出色的机械强度,其电容器的CV曲线表现出了矩形状的理想电容行为。当对其施加50%的应变时,CV和充放电曲线并没有明显的变化,证明了其压缩循环的稳定性。如图6.10(c)所示,在电流密度为1.5 A·g-1条件下,通过充放电曲线计算出该电容器的比电容为350 F·g-1,远远大于单纯的聚吡咯薄膜(50 F·g-1)和常规的3D石墨烯(151 F·g-1)的电容值。这些结果显示了这种增强的电容性能可能是来自聚吡咯和3D石墨烯共同作用的结果。由于3D PPy-G的密度为40 mg·cm-3,其未压缩状态下电容器的体积电容是14 F·cm-3,压缩50%之后其体积电容为28 F·cm-3,远大于常规3D石墨烯的电容器(4 F·cm-3[19]。更重要的是,该组装的超级电容具有非常高的稳定性(图6.10(d)),在应变为50%的条件下进行1 000次循环测试之后,其电容量没有明显的变化,说明了基于3D PPy-G电极的可压缩超级电容器具有相当出色的力学和电化学稳定性。事实上,该组装的电容器同样还可以在有机相进行压缩电容性能测试,这里选择1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为体系的电解液。如图6.11所示,无论是CV曲线还是充放电曲线3D PPy-G电极都表现出了与水相体系相类似的理想电容行为,并且在有机相中同样具有非常出色的稳定性。然而在压缩-恢复过程中存在电解液的吸附与解吸附现象,我们所制备的3D PPy-G超级电容器需要相对多一些的溶剂,这在某种程度上降低了整个电容器的性能。

图6.10 可压缩超级电容器的性能测试

(a)基于PPy-G的超级电容器的示意图;(b)可压缩PPy-G超级电容器在压缩程度为0和50%条件下的CV曲线,扫描速度为30 mV·s-1;(c)在压缩程度为0%和50%条件下的充放电曲线,电流密度为1.5 A·g-1;(d)在压缩1 000圈过程中的比电容值的变化

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图6.11 可压缩PPy-G电容器在BMIMBF4溶液中的电化学性能测试

(a)可压缩PPy-G电容器在BMIMBF4电解质中的CV曲线,扫描速度为10 mV·s-1;(b)其在1.5 A·g-1下相应的充放电曲线

图6.11 可压缩PPy-G电容器在BMIMBF4溶液中的电化学性能测试(续)(c)在压缩1 000圈过程中的比电容值的变化

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