南京大學在柔性超級電容器的研究方面取得進展
2016-10-17 來源:中國聚合物網(wǎng)
柔性可穿戴式及便攜式電子器件,要求驅(qū)動其工作的供能器件不僅能提供足夠的功率密度及能量密度,還需具有良好的柔韌性。為實現(xiàn)高性能的可穿戴超級電容器,急需探索一種具有高多孔性、高導電性和良好力學穩(wěn)定性的柔性電極。
南京大學現(xiàn)代工程與應用科學院學院首次以復合雙金屬硫化物為設計思路,采用低成本的普通纖維布為原料,通過物理鍍銀的方式制得柔性基體(可推廣到所有纖維布);在納米銀的誘發(fā)成核作用下,通過控制硫化反應獲得了FeCo2S4-NiCo2S4納米管構(gòu)建多腳架陣列的新型電極材料。該柔性電極避免了其它非活性添加劑,由于復合硫化物組分間的協(xié)同效應、多腳架結(jié)構(gòu)的多孔性和力學穩(wěn)定性以及銀鍍層賦予的高導電性和強界面結(jié)合力,在5 mA cm-2電流密度下比電容達1519 F g-1,均高于相同條件下單一雙金屬硫化物的比電容,經(jīng)過5000次充放電循環(huán)后,比電容保持率高達95.1%;在40 mA cm-2高電流密度下比電容仍可達到1297 F g-1。研究人員使用固態(tài)凝膠電解質(zhì)作為隔膜,組裝得到了對稱型全固態(tài)柔性超級電容器。在功率密度1070 W Kg-1下能量密度達到46 Wh Kg-1;在10 mA cm-2電流密度下,循環(huán)3000次后器件的電容保持率為92%。
為了展示潛在應用性,研究人員將串聯(lián)后的固態(tài)電容器制成手環(huán)型的柔性器件,成功為智能手機充電。手環(huán)型超級電容器可以戴在手腕上,即便直接接觸皮膚,也不會對身體造成傷害。
該項成果以“Wearable High-Performance Supercapacitors Based on Silver-Sputtered Textiles with FeCo2S4-NiCo2S4 Composite Nanotube-Built Multi-tripod Architectures as Advanced Flexible Electrodes”為題發(fā)表在《先進能源材料》上(Advanced Energy Materials 2016, 1601234),現(xiàn)代工程與應用科學院學院碩士研究生朱健為第一作者,唐少春副教授和孟祥康教授為通訊作者。該項研究得到了科技部973計劃和國家自然科學基金的支持。
論文鏈接:http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/aenm.201601234/abstract
南京大學現(xiàn)代工程與應用科學院學院首次以復合雙金屬硫化物為設計思路,采用低成本的普通纖維布為原料,通過物理鍍銀的方式制得柔性基體(可推廣到所有纖維布);在納米銀的誘發(fā)成核作用下,通過控制硫化反應獲得了FeCo2S4-NiCo2S4納米管構(gòu)建多腳架陣列的新型電極材料。該柔性電極避免了其它非活性添加劑,由于復合硫化物組分間的協(xié)同效應、多腳架結(jié)構(gòu)的多孔性和力學穩(wěn)定性以及銀鍍層賦予的高導電性和強界面結(jié)合力,在5 mA cm-2電流密度下比電容達1519 F g-1,均高于相同條件下單一雙金屬硫化物的比電容,經(jīng)過5000次充放電循環(huán)后,比電容保持率高達95.1%;在40 mA cm-2高電流密度下比電容仍可達到1297 F g-1。研究人員使用固態(tài)凝膠電解質(zhì)作為隔膜,組裝得到了對稱型全固態(tài)柔性超級電容器。在功率密度1070 W Kg-1下能量密度達到46 Wh Kg-1;在10 mA cm-2電流密度下,循環(huán)3000次后器件的電容保持率為92%。

圖1. 以普通纖維布為原料制備多角架陣列結(jié)構(gòu)復合電極材料的過程示意圖

圖2.(a)器件扭曲實物和示意圖;(b)不同扭曲角度下器件的CV曲線;(c)器件串聯(lián)示意圖;(d)器件電容隨面積的變化;(e)將器件串聯(lián)制成手環(huán)電容器為智能手機充電。
該項成果以“Wearable High-Performance Supercapacitors Based on Silver-Sputtered Textiles with FeCo2S4-NiCo2S4 Composite Nanotube-Built Multi-tripod Architectures as Advanced Flexible Electrodes”為題發(fā)表在《先進能源材料》上(Advanced Energy Materials 2016, 1601234),現(xiàn)代工程與應用科學院學院碩士研究生朱健為第一作者,唐少春副教授和孟祥康教授為通訊作者。該項研究得到了科技部973計劃和國家自然科學基金的支持。
論文鏈接:http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/aenm.201601234/abstract
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