基于WO3、CNT-WO3及TiN@C的赝电容性能及柔性器件的研究

摘要

超级电容器是一种新型的化学储能设备，具有功率密度高、能量密度较大，使用寿命长且环境普适性强等优点，有望在未来单独用于电力系统、电子设备或与锂离子电池有效组合作为混合动力系统的能量供应源。本论文围绕WO3、CNT-WO3及TiN@C三种材料的设计、制备、赝电容性能及组成柔性储能器件的潜能上展开了较为系统的研究，得到以下结论： 1.探究了纳米花状四方晶型的WO3超级电容电极材料的电化学性能，实现了该材料在质量比电容和面积比电容两方面的有效平衡。通过简易的电化学沉积的方法，将WO3纳米花状材料制备在Ti片上，达到十分可观的电化学性能，10mVs-1的扫速下面积比电容达658mFcm-2，质量比电容达196Fg-1，合理地在质量比电容和面积比电容之间达到一个有效平衡。另外经过电荷存储机制的计算，发现其赝电容是整体电容量最主要的贡献。 2.利用抽滤法制备碳纳米管（CNT）自支撑薄膜，然后通过物理气相沉积的方法将WO3纳米颗粒蒸镀于其上，组成CNT-WO3复合结构并探究其赝电容性能。综合电化学性能及导电性选择了WO3纳米颗粒厚度为200nm的电极材料进行探究，并与自支撑结构的CNT薄膜组建成非对称柔性电容器，电位窗口达1.4V，循环稳定性极佳。 3.设计新型便捷的包碳方法，在钛丝上合成了TiN@C的纳米管阵列结构，相比于传统包碳方法性能上得到了极大的提升。组建成纤维状超级电容器后，其电化学性能优异，且具有超高的机械稳定性及电化学稳定性，有望作为未来可穿戴电子设备的储能器件。另外，将其内层的钛丝作为导线使用时，可同时实现电路的电流传输以及超级电容器的储能两种功能。

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