【摘 要】
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超级电容器作为电化学储能器件中重要的组成部分,具有功率密度高,充放电速度快,循环稳定性好等优点。在可穿戴设备,集成系统,便携式电子等领域有着广泛的应用。随着社会的发展,人们对超级电容器的要求也越来越高,特别是在单位面积上需要提供更多的能量。针对目前超级电容器的活性材料容量低、面积负载量低、终端应用挖掘不足等科学问题,本论文以超级电容器为研究对象,借助程控3D打印的电极制造技术,从材料设计、器件构筑
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超级电容器作为电化学储能器件中重要的组成部分,具有功率密度高,充放电速度快,循环稳定性好等优点。在可穿戴设备,集成系统,便携式电子等领域有着广泛的应用。随着社会的发展,人们对超级电容器的要求也越来越高,特别是在单位面积上需要提供更多的能量。针对目前超级电容器的活性材料容量低、面积负载量低、终端应用挖掘不足等科学问题,本论文以超级电容器为研究对象,借助程控3D打印的电极制造技术,从材料设计、器件构筑、应用探索三个方面开展工作,旨在解决超级电容器存在的瓶颈问题,具体的研究内容如下:(1通过模板牺牲法将表面带相反电荷的Ti3C2 MXene和三聚氰胺甲醛树脂（MF）微球进行自组装,有效缓解了 MXene片层间的堆叠问题。MF微球不仅为电极材料提供了模板,而且因其自身具有丰富的氮元素,可对MXene材料进行原位的氮掺杂,有效提高了材料的电化学活性。通过对MXene-N墨水粘度和流变特性的调控,制备了一定粘度的墨水并通过打印技术构筑面积负载量可调控的电极结构,组装成对称型超级电容器。构筑的超级电容器面积/体积能量密度分别为0.42mWhcm-2和0.83 mWh cm-3。（2）通过水热方法,可控合成了 NiCoP和Ti3C2MXene的复合材料（MXene基双金属磷化物:NCPM）,以3D打印制备厚度及面积负载量可调控的电极。打印后的电极具有多孔的结构,复合材料兼具NiCoP的高容量和Ti3C2的高导电性。打印制备了以活性炭为负极、NCPM为正极的非对称超级电容器,进一步提高了储能器件的工作电压,同时系统评估了器件的面积及体积能量密度。借助打印技术和非对称电极结构的设计,器件的面积和体积能量密度分别达到0.89 mWh cm-2和2.2mWh cm-3。（3）设计了功能性的氮化钒-石墨烯复合材料（VN-G）,分别用于储能与传感器件;进而将两者进行有机集成构筑自供电一体化储能传感器件,实现对人体健康信息的实时监测。其中以VN-G设计的柔性准固态超级电容器具有质轻,无粘结剂的特点,电极的质量比容量可达53 F g-1,兼具良好的循环稳定性。以VN-G构建的压力传感器在2-10 kPa压力范围内敏感度高达40 kPa-1,响应速度快（130 ms）,并且在拉伸测试中展现出具有良好的机械稳定性。将VN-G构筑的柔性超级电容器和压力传感器进行一体化集成,能够在自供电的状态下,实现脉搏跳动的实时监控和声音的有效识别。
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