基于纤维的超级电容器电极材料的制备与性能研究

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1、学校代码10255学号1142001东华大学博士学位论文基于纤维的超级电容器电极材料的制备与性能研究RESEARCHONPREPARATIONANDPROPERTIESOFFIBER-BASEDELECTRODESFORSUPERCAPACITOR学院：纺织学院姓名：陆赞专业：纺织工程指导教师：龙海如答辩日期：2018年1月2日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包

2、含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密

3、。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日东华大学陆赞博士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注丁辛教授答辩委员会主席东华大学蔡再生教授答辩委员会委员东华大学覃小红教授答辩委员会委员东华大学陈廷教授答辩委员会委员苏州大学辛斌杰教授答辩委员会委员上海工程技术大学傅婷助理研究员答辩委员会秘书东华大学东华大学博士学位论文摘要基于纤维的超级电容器电极材料的制备与性能研究摘要可穿戴设备近年来日益受到人们的关注，尤其是那些能够监测人体日常活动和身体状态，并兼具远程通讯和交互功能的智能手环或者

4、智能手表。而将电子信息技术与传统纺织技术相结合逐渐成为未来可穿戴设备发展的一大方向，智能纺织品就是将两者相互结合后的产物，并逐步在生物与健康、运动监测、娱乐交互以及军事等领域得到广泛的应用。想要使电子技术在智能纺织品上实现无缝、不可见化集成，并兼具产品的美感和舒适感，这对于材料研究者来说是一项挑战。除此之外，智能纺织品上所有的传感器、驱动器等电子元件的能源供应装置也需要满足高度集成化、柔性、便携、可拉伸等特点。理想的技术措施是从纤维或织物层面开发出具有柔性且可拉伸的超级电容器，这种形式的储能装置可以很容易地

5、被集成到纺织品或服装中，能够将通过其他形式产生的能量进行转化和储存，从而实现对智能纺织品的持续供能。尽管目前有许多基于现有纤维或织物进行开发的超级电容器电极材料，但绝大多数的电化学性能以及实际应用程度并不高，并且对于可拉伸型超级电容的研究较少。因此设计出一款电化学性能优秀并兼具实用性，能够被很好的集成在纺织服装中的纤维超级电容是解决智能纺织品能源储存的新策略。除此之外，将纤维超级电容器与近年来飞速发展的织物传感器和发电机结合，也为进一步开发高度一体化的智能纺织品提供了参考依据。课题选择碳纳米管（CNT）作为

6、原材料，利用传统湿法纺丝技术，并通过与其他活性物质结合的形式，探讨其作为超级电容器电极材料的可行性。在此基础上，通过同轴纺丝的方法，制备具有高度一体化的线型非对称超级电容器，并针对以上几种形式超级电容器的各项电化学性能及实际应用性来开展探索工作。课题的主要内容与成果有：（1）利用氯磺酸能大批量溶解单壁碳纳米管的特性，将商业化单壁碳纳米管作为原料制备出具有液晶形态的纺丝液。利用传统湿法I东华大学博士学位论文摘要纺丝技术进行碳纳米管纤维的制备，通过比较选择丙酮作为凝固浴，所制得的纤维无需后处理，其拉伸强度可达2

7、25MPa，模量为23GPa，-1电导率为450Scm，是理想的超级电容器电极材料。为了解决碳纳米管纤维中碳纳米管过度堆叠的情况，通过热插层剥离的方法制备石墨烯片层，将石墨烯与单壁碳纳米管进行混合纺丝，得到的纤维具有立体多孔结构。探究了不同比例下碳纳米管/石墨烯复合纤维的形貌特征、电学性能及电化学性能。其中，当石墨烯的含量达到33.3%的时候，纤维的电化学性能最好其比电容能达到49.7-1Fg，这比纯的碳纳米管纤维的比电容提升了约38.8%，而纤维的导电性则随着石墨烯含量的增加反而降低。（2）选择湿法纺碳纳

8、米管纤维作为对象，在其表面通过电化学沉积的方法聚合二氧化锰纳米颗粒，制备出二氧化锰/碳纳米管复合纤维电极。观察了纤维表面及横截面的形貌特征，并探讨了不同沉积时间下纤维表面的二氧化锰层的厚度变化情况，发现其从110nm左右逐渐增加到9.9μm。通过四探针法发现，随着沉积时间的增加，纤维导电性基本上呈减小趋势。针对不同沉积时间下的二氧化锰/碳纳-1米管纤维进行电化学性能测试，在扫描速度为20mVs时，沉积时-1间为2