超級電容未來道路----碳纖維復(fù)合材料(上)

文章出處：新聞動態(tài) 責(zé)任編輯：東莞市平尚電子科技有限公司發(fā)表時間：2022-11-24

?超級電容未來道路----碳纖維復(fù)合材料(上)

要點(diǎn)一：多功能碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)超級電容器的設(shè)計與制備

高強(qiáng)度、輕質(zhì)量的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一直以來被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、建筑等眾多工程領(lǐng)域中。然而，傳統(tǒng)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)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(fù)合材料的研究熱度與日俱增。

其中，一種同時具有高機(jī)械強(qiáng)度與良好電化學(xué)性能的多功能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(jī)，飛機(jī)等輕量化設(shè)計的理念。其高力學(xué)強(qiáng)度的特性使它足以替代傳統(tǒng)的金屬外殼結(jié)構(gòu)，而同時又可作為儲能裝置為系統(tǒng)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(jié)構(gòu)的安全性并最大程度上地優(yōu)化整體的重量與體積。

本文的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(fù)電極并通過PVA-KOH凝膠電解質(zhì)粘接而成。另一部分是作為支撐結(jié)構(gòu)的樹脂基復(fù)合材料層壓板，主要提供力學(xué)強(qiáng)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(fù)合材料層壓板的層間，最終制得嵌入式碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)電容器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示

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

要點(diǎn)二：結(jié)構(gòu)電容的電化學(xué)及力學(xué)性能

圖A碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)超級電容器的結(jié)構(gòu)；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(lián)和串聯(lián)下的CV曲線。

圖A恒定負(fù)載下結(jié)構(gòu)電容的電化學(xué)循環(huán)性能。插圖：實(shí)驗(yàn)示意圖；圖B循環(huán)前后結(jié)構(gòu)電容的EIS結(jié)果，插圖：等效電路圖。

本文主要對碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)超級電容器進(jìn)行了循環(huán)伏安、恒電流充放電以及循環(huán)性能等相關(guān)的電化學(xué)性能測試，其結(jié)果如圖2，3所示。其比容量，能量密度以及功率密度分別達(dá)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(zhì)量為結(jié)構(gòu)電容的總重）。對于力學(xué)性能進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲及界面強(qiáng)度測試，其彎曲強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度分別為230 MPa和8.75 MPa，測試結(jié)果如圖4a,b所示。
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