基于氮化碳复合材料的透明电极制备及应用

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kassilw
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随着环境污染不断加剧,石油燃料资源日渐枯竭,对新能源的开发和对环境的保护成为人们关注的主要问题,寻求高效的、绿色的能量储存设备备受关注。超级电容器作为介于二次电池和传统电容器之间的储能器件,具有众多优点。超级电容器具有高功率密度、可以进行快速充放电、具有长的循环寿命,是一种绿色清洁的新能源储存设备。决定超级电容器性能的一个重要组成部分就是超级电容器的电极材料,随着可穿戴技术的不断发展,透明和柔性的超级电容器成为未来电子产品的热门。石墨相氮化碳作为最古老的聚合物,同时也被认为是最稳定的同素异形体,制备方法简便且对环境无污染。本文以g-C3N4纳米线材料为基础,制备电化学性能良好的透明复合电极材料。主要工作如下:(1)以尿素为原材料制备g-C3N4,通过使用碱溶液对块状的g-C3N4进行剪切,使其微观形貌成为纳米线状,形成导电网络结构。并以聚乙烯醇(PVA)作为成膜骨架,通过简单的真空抽滤得到透明的超级电容器电极,由此制备的电极除了具有较好的电化学性能,面积电容为3.51 mF cm-2,同时兼具了良好的透光率(85%)和机械性能,在5000次循环充放电后仍然保持81.3%的电容保持率。在此基础上,通过和聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯硫磺盐)(PEDOT:PSS)进行复合,性能进一步得到提升,达到5.32 mF cm-2,并且循环稳定性也有提升。(2)通过真空抽滤和压片转移法将铜纳米线转移至PET基板上,制备成了铜纳米线透明电极,为了使铜的性能在空气中更加稳定,将铜和g-C3N4纳米线进行复合,制备出的复合电极无论在电化学性能上,还是在循环稳定性上,表现都比单一的铜纳米线电极或者g-C3N4纳米线电极要优异的多。铜暴露在空气中极易氧化,面积电容为5.6 mF cm-2,经过5000次循环后电容保持率仅为63.57%。由于g-C3N4的性能非常稳定,因此二者复合后,整体性能显著提升,面积电容增长至9.8 mF cm-2,循环稳定性也提升至78.41%。(3)由于透明柔性超级电容器的电容变化比较敏感,并且可以朝着可穿戴方向发展,凭借这一特点,将g-C3N4纳米线水凝胶和弹性聚合物PDMS复合,制备成一个可穿戴的手套,对手指的弯曲运动进行检测,响应范围超过25%,并且具有即时性。该应用对于可穿戴传感器具有良好的发展前景。
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