基于碳纳米管墨水的柔性纸电极的制备及性能开题报告

 2021-08-14 02:50:22

1. 研究目的与意义(文献综述)

能源短缺和环境恶化是当今社会普遍关注的问题,实现可持续发展并且高效的能源生产和储存方式已经成为一种全球性的目标。 随着社会经济和科技的发展,各种新型能源的开发和利用要求科研工作者们研发出不同种类的能量储存装置以实现新能源的高效转化和利用[1-3]。超级电容器(也称电化学电容器)是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件,具有重要而独特的地位,并且有传统电容器的高功率、长寿命、无污染等优点[4]

柔性电容器作为超级电容器中的一种特殊的存在, 具有高的体积功率密度、便携、廉价和安全等优点,在柔性显示器,光伏器件和可穿戴的电子器件等领域具有十分重要的应用价值,因而引起了广泛的研究兴趣[5, 6]。然而,目前柔性电容器的能量密度仍然较低,严重制约了其实际应用[7]。而纳米尺寸的电极材料依靠其独特的表面效应、小尺寸效应以及量子尺寸效应产生强大的电荷存储能力,可显著提高电化学反应的效率及活性材料的利用率[8],因此纳米材料的运用十分具有研究价值。其中碳基复合物纳米材料,主要包括活性炭、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等[9],由于具有资源丰富、种类繁多、比表面积大、高导电性等优点, 在能量存储方面的应用展现出了巨大的发展前景。其中碳纳米管被认为是超级电容器理想的电极材料之一,引起了研究者们的广泛关注 [10-12]

作为柔性电化学储能器件的重要组成部分,柔性电极是使这些器件实现高性能的重要因素[13]。主要有三种制备柔性电极的方法[14]:一是将具有高导电性的材料附在不导电的柔性基板上,使其成为导电性良好的柔性电极,或通过电沉积等方法继续负载其他高电化学活性的电极材料;二是将电化学活性物质直接生长在柔性的导电基板上直接得到柔性电极;第三种是将活性物质与导电性优异的材料,如 cnt、石墨烯等,通过共同超声抽滤的方法,制备具有良好柔性的电极片。这些方法中,第一种方法因为廉价的原料以及操作简便,引起了许多国内外研究者的注意。hu [15]等人通过将单壁碳纳米管(swcnts)配制的溶液均匀涂覆于普通的打印纸上,制备了具有高导电性的导电纸该 swcnts 导电纸柔性电极在 1 mol/l 的 h2so4溶液中比电容可达到 200 f/g,可稳定循环 40000 次,电容几乎不衰减。yuan[16]等人通过在打印纸上磁控 100 nm 的金膜,制备了具有良好导电性的柔性金纸,进而在金纸上电沉积 pani,制备了ani 柔性纸电极。weng [17]等人通过抽滤法,在纤维素滤纸上吸附石墨烯制备了石墨烯-纤维素三维多孔柔性电极,该电极弯曲1000 次后,电极的电导率衰减仅为6%。

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2. 研究的基本内容与方案

1)基本内容

1.制备合成比例不一样的纸电极。

2.制备不同浓度的电解质溶液。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:前期准备工作、准备实验仪器及药品;查阅资料,完成英文文献的翻译,完成开题报告;

第4-8周:细化研究实验细节,探索与调整可行性实验方案;

第9-14周:修改与完善实验步骤,表征纸电极的结构,测试电极的性能,记录并分析所得数据;撰写论文准备答辩。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 吴宇平, 戴晓兵, 马军旗, 程预江. 锂离子电池--应用与实践[m]. 化学工业, 2004.

[2] 吴旭冉, 贾志军, 马洪运,等. 电化学应用(Ⅱ)——电化学电容器的发展与应用[j]. 储能科学与技术, 2013, 2(6):636-641.

[3] 张丹丹, 姚宗干. 大容量高储能密度电化学电容器的研究进展[j]. 电子元件与材料, 2000, 19(1):34-37.

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