柔性超级电容器MoO3-x/rGO复合薄膜电极制备与性能研究

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高速发展的社会对电子器件提出了更高的要求,智能电子器件不可逆转的向可折叠、可穿戴、可便携等方向发展,柔性能量存储的研究已迫在眉睫。理想的柔性储能设备不仅要有优良的柔性和强度,还需具有高容量。超级电容器功率密度高,环境友好,结构简单,容易制备成柔性且轻量的器件,是一种很好的柔性储能器件候选者。我们旨在制备出性能优良的柔性超级电容器电极。本文采用还原氧化石墨烯(r GO)薄膜作为柔性电极的基底,不需要额外的集流体与粘结剂,为了提高柔性电极比电容,加入含氧空位的Mo O3-x与r GO复合制备出自支撑的r GO/Mo O3-x复合薄膜柔性电极。在此复合电极中,Mo O3-x提供赝电容,r GO提供导电网络,两者的协同效应使复合薄膜电极具有优异的电化学性能。首先,通过水热法制备出纯相Mo O3-x纳米片,最佳制备条件为140℃-6 h,产物纳米片分散均匀,单层纳米片厚度约为10-30 nm。水热反应温度过高或时间过长时,会有杂质Mo O2生成;用真空抽滤法制得GO薄膜,并用HI还原为r GO薄膜。HI不仅可将GO完全还原,还原后薄膜仍能保持良好柔性。为后续实验奠定了基础。其次,采用分层交替抽滤的方法制备出复合薄膜,Mo O3-x纳米片层与r GO片层交替堆叠,形成一个类三明治的夹层结构。分层复合薄膜的面积比电容为8972m F·cm-2。为了使Mo O3-x与r GO片充分复合,与分层交替抽滤不同,本文最后制备出混合抽滤的复合薄膜:先将Mo O3-x与GO溶液混合,再真空抽滤,得到r GO/Mo O3-x复合薄膜。其中,Mo O3-x纳米片均匀的分布在r GO片层中并形成一个紧密的复合结构。该复合薄膜具有优良的柔性与机械强度;同时具备高的质量比电容1374 F·g-1与面积比电容21300 m F?cm-2(0.1 A·g-1),大于目前的多数文献报道。具有优异的循环稳定性,循环30000次后仍有100%的容量保持率;用其制备了固态超级电容器,在不同弯折角度下仍具有优良的电容特性。最后,为了表征重复弯折对复合薄膜性能的影响,本文用耐久试验机对r GO/Mo O3-x复合薄膜进行了10000次弯折,弯折后薄膜同样具有优异的电化学性能,与未弯折薄膜相比,只有很小的容量衰减。本文设计并制备出了综合性能优良的柔性复合电极,且制备工艺简单,促进了柔性超级电容器的技术进步。
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