基于二硫化钼柔性同轴电极线形超级电容器的制备及性能研究

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为了应对当今化石能源的短缺问题，以及日趋严重的环境污染问题，各国都在努力寻找可持续发展的新能源以及先进的储能技术。其中，我国将新能源和新材料列为七大战略性新产业。超级电容器作为一种新型储能器件，一直以来都是新能源的研究热点。它介于电解电容器和电池之间。和传统的电容器相比，其比容量和能量密度都有提高；与充电电池相比，其具有更高的功率密度和更长的循环寿命，可大电流快速充放电。在国防军工、航空航天、交通运输、电子信息和仪器仪表等领域具有广阔的应用前景。
　　本文主要的研究内容如下：
　　1.以钼酸铵和硫脲为原料，经水热反应成功制得MoS2纳米片，分析引起MoS2性能差异的几个因素：溶度，温度，时间。从中优化 MoS2性能，为后续组装 Ti/TiO2/MoS2纤维电极作准备。经实验得到优化条件为：浓度为钼酸铵（0.01M），硫脲（0.13M），温度为200 ℃，反应时间为9h。在此条件下的合成的MoS2，经过SEM、TEM和Raman表征，发现MoS2具有典型的层状结构，且片层的厚度为10nm，层间距是0.65nm。
　　2.对选用的骨架（钛丝）表面作简单的修饰，引入TiO2缓冲层，辅助后期 MoS2的生长，使 MoS2分布的更均匀，更完整，结合的紧密。制备出同轴纤维电极Ti/TiO2/MoS2。同时采用SEM、TEM对TiO2表面和同轴电极的横断面作表征。采用Zeta电位分析Ti、TiO2、MoS2表面所带电荷的电性，发现引入带正电荷的TiO2将同带负电荷的骨架Ti和MoS2活性层结合的更紧密，从而提高电子传输速度，使得电容有明显的提高。具体来说，Ti/TiO2/MoS2电极的比电容较Ti/MoS2提高了88％。
　　3.探索了MoS2纤维电极的电化学性能，发现Ti/TiO2/MoS2纤维电极，其比容量可达到230.2 F g-1(70.6 F cm-3)，组装的纤维超级电容器，其能量密度为2.70 Wh kg-1(4.98 mWh cm-3)，功率密度为530.9 W kg-1(977.4 mW cm-3)。循环性能也做了对比，Ti/TiO2/MoS2超级电容器，循环2000次后，电容量保持为初始的89%。
　　4.单根纤维电容器具有比容量高和循环寿命长的优点，但是受限于输出电压小，功率低，还难以在实际中应用。通过串并联组合，可以达到提高电压，增大功率的作用，且多个纤维电容器组合后仍能维持稳定的电学性能，为其在实际应用提供了可能。在本文中，8根纤维电容器分两组，这两组分别串联，并联，然后再串联在一起，能够稳定点亮5盏并联的LED灯(额定电压为2V)。
　　5.本文还探索了纤维超级电容器的柔性和灵活性，如缠绕成弹簧状，或编织到纺织物中，发现其具有可拉伸，可弯曲，可编织的功能，表现出优异的可加工性。将其作为自供能紫外探测器系统的储能装置，将太阳能转换成的电能存储起来，提供电力。

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作者
李雪莲;
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作者单位

太原理工大学;

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授予单位太原理工大学;
学科环境工程
授予学位硕士
导师姓名高丽丽;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类电感器、线圈、扼流圈;
关键词
二硫化钼; 同轴电极; 纤维超级电容器; 智能纺织品; 储能装置;

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