双网络结构复合纤维素基超级电容器电极

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随着人们对可折叠电池、可穿戴设备、可伸缩储能设备等柔性电子产品的需求增加,具有良好柔韧性、可折叠可卷曲特性,并兼具可降解性、多孔性、低成本的纤维素基电极备受关注。纤维素基电极通常通过纤维素基材料负载碳纳米管、银纳米线等导电填料来制备。但这些导电填料往往尺寸较小并具有较大的比表面积,因而易于团聚,难以进行有效分散,限制了其导电性能的发挥。因此研制高性能的纤维素基电极至关重要,且对节能减排和缓解能源枯竭问题具有重要意义。 因此,本研究将纤维素纤维与BC复合,制备柔韧耐用的多尺度纤维网络基底,再负载碳纳米管制备纤维素基电极。通过BC的纳米网络结构与CNT相互缠绕的理念,提高了CNT的分散性及负载稳定性,进而赋予了纸电极较高的导电与储能性能和极强的使用耐久性与稳定性。多尺度纤维网络结构在提高对CNT的分散与负载稳定性的同时,还能保证较好的离子通过性,有助于电化学反应的发生,提高超级电容器的比容量和能量密度,降低能耗。 本项目制备的复合纤维素基电极的导电性高达5.9×10-1 S/cm,并且在高弯曲应变下具有超高的耐久性;在重复800次将纤维素基电极卷曲成半径2 mm 的纸筒的情况下,其导电性保持恒定。该纤维素基电极的重量比电容可达77.5 F/g,能量密度可达到22.5 Wh/Kg,功率密度更是高达873 kW/kg。在对其进行充放电循环15000次后,纸电极的重量比电容保留率仍能在98%以上。该复合纤维素基电极在高性能、高耐久性、节能低耗型超级电容器中具有潜在的应用前景。