超級電容未來道路----碳纖維復合材料(上)

文章出處：新聞動態責任編輯：東莞市平尚電子科技有限公司發表時間：2022-11-24

?超級電容未來道路----碳纖維復合材料(上)

要點一：多功能碳纖維復合材料結構超級電容器的設計與制備

高強度、輕質量的碳纖維增強復合材料一直以來被廣泛應用于航空航天、汽車、建筑等眾多工程領域中。然而，傳統的碳纖維增強復合材料越來越不能滿足人們對工程材料的諸多需求，因此，功能化復合材料的研究熱度與日俱增。

其中，一種同時具有高機械強度與良好電化學性能的多功能復合材料結構儲能器件的概念被提出并吸引了許多研究者們的興趣。它十分貼合對電動汽車，無人機，飛機等輕量化設計的理念。其高力學強度的特性使它足以替代傳統的金屬外殼結構，而同時又可作為儲能裝置為系統提供動力，從而減少甚至代替電池等儲能裝置的使用，提高結構的安全性并最大程度上地優化整體的重量與體積。

本文的碳纖維復合材料結構超級電容器主要由兩部分組成。一部分是提供儲能能力的柔性器件，是以KOH處理后的碳布作為正負電極并通過PVA-KOH凝膠電解質粘接而成。另一部分是作為支撐結構的樹脂基復合材料層壓板，主要提供力學強度與剛度。

本文采用了簡單的成型工藝首先制備碳纖維柔性超級電容器，然后在纖維鋪層過程中再將其放入樹脂基復合材料層壓板的層間，最終制得嵌入式碳纖維復合材料結構電容器，其結構如圖1所示

圖A基于KOH處理的碳布作為正負電極的柔性儲能器件，圖B碳纖維復合材料結構超級電容器的爆炸視圖以及圖C組裝圖。

要點二：結構電容的電化學及力學性能

圖A碳纖維復合材料結構超級電容器的結構；圖B器件從1到100 mV·s-1的CV曲線；圖C不同電流密度下器件的GCD曲線；圖D器件在單個、并聯和串聯下的CV曲線。

圖A恒定負載下結構電容的電化學循環性能。插圖：實驗示意圖；圖B循環前后結構電容的EIS結果，插圖：等效電路圖。

本文主要對碳纖維復合材料結構超級電容器進行了循環伏安、恒電流充放電以及循環性能等相關的電化學性能測試，其結果如圖2，3所示。其比容量，能量密度以及功率密度分別達到88mF·g-1，9.9 mWh·kg-1和445.5 mW·kg-1（這里的計算所涉及到的質量為結構電容的總重）。對于力學性能進行了三點彎曲及界面強度測試，其彎曲強度與剪切強度分別為230 MPa和8.75 MPa，測試結果如圖4a,b所示。
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