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新型金属化柔性纸电极提高超级电容器能量密度

2017-12-28 来源:互联网

    近日,韩国首尔大学Jinhan Cho教授研究团队联合美国佐治亚理工学院研究人员开发出了全新的柔性高导电、高电荷储量的纸质电极材料,并依此制备出了具备高功率密度和高能量密度的高性能柔性超级电容器。研究人员利用逐层浸润的方法,将商用的绝缘柔性多孔纤维纸片依次先后浸入到四辛基溴化铵稳定的金纳米颗粒(TOABr-Au NPs)溶液和含有三(2-氨基乙基)胺(TREN)的表面活性剂溶液,通过配体交换和化学键作用,在纸片表面均匀地覆盖上一层高导电性的Au纳米颗粒涂层,即实现了纸片的金属化,即由绝缘性转化成导电性,并且通过配体交换后纸片上只剩下小分子TREN配体,可以大幅减少相邻Au纳米颗粒之间的接触电阻。通过重复上述浸润步骤,研究人员获得了导电性能优异金属化纸片(TREN-Au NP),电学性能测试结果显示,金属化纸片的电导和方块电阻依次为2.1 × 105 Scm−1和0.23 Ω sq−1,展现出优秀的导电性。接着,研究人员利用上述同样的操作将金属化纸片(TREN -Au NP)再次浸入到油酸稳定的赝电容性质的氧化锰(MnO)纳米颗粒溶液中,形成三维多孔结构,用于存储电荷并为带电粒子提供快速的扩散路线以增强电荷存储性能。随后研究人员以上述金属化纸片为电极用于组装超级电容器,实验结果显示,得益于金属纳米颗粒和赝电容纳米粒子的交替结构设计,电容器性能得到显著提升,在20 mA cm-2电流密度下,器件的质量比电容达到了138 F g-1,面积功率密度和能量密度得到了显著提升,依次为15.1mW cm-2 和 267.3μWh cm-2 ,且循环5000次后电容容量保持率可达89.6%,是迄今为止性能最佳的柔性超级电容器。

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