Adv. Energy Mater.：高性能芯鞘結構可伸縮型線狀電容器

【引語】

隨著可穿戴式儲能器件的需求日益增加，柔性可彎曲、伸縮型的儲能材料和儲能器件成為眾多研究者的研究重點。其中，線性電容器因其微型儲能和強柔韌性特點，可編織成各種形狀的儲能器件，而如何在保持其優勢的前提下盡量提高其體積和質量能量密度是其發展的關鍵。電容器的能量密度E =1/2 CV²，從中可知，提高能量密度的途徑有提高比電容和擴大電壓窗口兩條途徑。另一方面，大多數線性電容器關注于器件本身的可彎曲性，而可伸縮需求特點常常被忽略。

【成果簡介】

為改良線性電容器可伸縮性質以及電壓窗口低等問題，哈爾濱工業大學黃玉東教授（通訊作者）和特拉華大學的鄒祖煒教授（通訊作者）合作在Advanced Energy Materials上發表文章，研究人員將負載有納米二氧化錳的碳納米管纖維作為正極，負載有聚吡咯的碳納米管薄膜作為負極，組裝成高電壓區間（1.5V）的非對稱電容器，其芯鞘型結構有充分利用活性材料的比表面積。為進一步實現可伸縮特性，研究人員通過螺旋纏繞的方式實現了該線裝電容器的可伸縮特點，其可在伸縮達20%的情況下仍然保持優異的電化學儲能特性。

【圖文導讀】

圖1?碳納米管薄膜的掃描和投射表征圖片

（a）碳納米管薄膜SEM圖

（b）碳納米管束SEM圖

（c）碳納米管纖維的掃面電鏡圖片

（d）碳納米管的投射電鏡圖片

圖2?CNT@MnO2纖維的掃描圖片，元素分布圖，XRD表征圖

?（a）（b）CNT@MnO2纖維的掃描電鏡圖片

（c）碳（d）氧（e）錳元素的EDX圖片

（f）CNT@MnO2纖維的元素EDX譜

（g）CNT@MnO2纖維材料的XRD表征圖

圖3?CNT@PPy復合物薄膜的SEM圖片，拉曼表征圖譜

（a）CNT@PPy復合物薄膜的掃描電鏡圖片

（b）CNT和CNT@PPy的拉曼譜圖。

圖4?CNT@MnO2和CNT@PPy復合電極的CV曲線，制備示意圖，拉伸狀態下的SEM表征圖

（a）CNT@MnO2和CNT@PPy復合材料在電極體系下的CV圖（1M KOH，20 mv/s）

（b）螺旋型芯鞘結構線狀電容器的制備過程

（c）線狀電容器的截面掃描電鏡圖，線狀電容器在0%

（d）和50%（e）拉伸狀態下的掃面電鏡圖。

圖5 拉直狀態下線狀電容器的電化學性能

（a）在不同電壓下的CV曲線

（b）電流密度2.6 mA cm-2時，在不同電壓下的GCD曲線

（c）拓寬電壓窗口對電容器面電容的影響

（d）在不同掃速下非對稱線狀電容器的CV曲線

（e）電壓1.5V時，在不同電流密度下的GCD曲線

（f）不同掃速下電容器的面電容、線電容和質量比電容性能

圖6 可伸縮型線性電容器的電化學性能

（a）不同掃速下的CV曲線

（b）不同拉伸狀態下的CV曲線和（c）恒流充放電曲線

（d）不同掃速下的面電容

（e）該工作和之前報道過的工作的Ragone曲線

（f）20%拉伸狀態下的200圈循環曲線，插圖為在0%和20%拉伸狀態下的5000圈循環對比圖

【總結】

該研究工作通過CNT@MnO2復合纖維和CNT@PPy復合薄膜分別作為線狀電容器的正負極，提高了電化學儲能的電壓窗口，并在器件組裝上創新性的提出了螺旋結構，以此實現器件的可伸縮特性，為后續研究工作提供了很好的思路。

原文鏈接：A High Performance Stretchable Asymmetric Fiber-Shaped Supercapacitor with a Core-Sheath Helical Structure（Adv. Energy Mater.，2016，DOI: 10.1002/aenm.201600976）

本文由材料人編輯部新能源學術組李強供稿，點這里加入材料人的大家庭。參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”,歡迎關注微信公眾號，微信搜索“新能源前線”或掃碼關注。