柔性超级电容器:材料的角度gydF4y2Ba
Soubantika PalchoudhurygydF4y2Ba
1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
恋人RamasamygydF4y2Ba
2gydF4y2Ba
*gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
Ram k·古普塔gydF4y2Ba3gydF4y2Ba和gydF4y2Ba
Arunava古普塔gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba
- 1gydF4y2Ba土木和化学工程,查塔努加,田纳西州大学查塔努加TN,美国gydF4y2Ba
- 2gydF4y2BaUbiQD公司、洛斯阿拉莫斯NM,美国gydF4y2Ba
- 3gydF4y2Ba匹兹堡州立大学化学系,匹兹堡,美国KSgydF4y2Ba
- 4gydF4y2Ba材料信息中心技术,阿拉巴马大学,塔斯卡卢萨,美国gydF4y2Ba
柔性超级电容器为大量的极具吸引力的新兴便携式轻量级的消费设备。柔性超级电容器的新奇的灵活的电极或基材结合结构的灵活性和固有的高功率密度的超级电容器。柔性超级电容器可以使用non-Faradaic能量储存过程的双电层电容器类型或感应电流的机理如pseudocapacitors (pc)。在本文中,我们考虑当前进展pseudocapacitive电极材料,制造技术和新材料为双电层电容器,和不同的柔性基板。未来的方向在发展新材料对提高柔性超级电容器的能量密度和成本效益和它们的用法与锂离子电池相结合突出显示。gydF4y2Ba
介绍gydF4y2Ba
灵活的能源存储设备是基本的发展下一代可穿戴、紧凑,和便携式电子医疗,军事和民用如柔性显示在手机,健康追踪设备,电脑和电视(gydF4y2BaKo et al ., 2017gydF4y2Ba)。为此,灵活的电池相比,超级电容器具有高度吸引力(LIBs)当他们结合固有的高功率密度(> 10千瓦/公斤),快速充电/放电功能,操作时间长,和机械的灵活性。传统超级电容器由外部情况下,当前的收藏家金属箔片的形式,和正、负电极在电解液离子传输层隔开。在柔性超级电容器,高导电和灵活的网络作为碳电极和集电器(gydF4y2Ba施et al ., 2013 bgydF4y2Ba)。示意图和柔性超级电容器的一个例子是图所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。因此,柔性超级电容器的结构体系结构是由轻量级,进一步简化为便携式电子设备。另一个关键的区别与传统的超级电容器是每个组件在柔性超级电容器(如电极和包装壳)是灵活的。这些柔性超级电容器通常可以两种类型的电双层电容器极板)和pseudocapacitors (pc) (gydF4y2Ba齐川阳et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2Ba刘et al ., 2017gydF4y2Ba)。EDLCs使用non-Faradaic静电储存能量的过程。它们功能基于电荷积累在电解质和电极之间的界面,主要是碳基材料与高的特定区域。在电脑中,电极形成的导电聚合物或金属氧化物使用感应电流的机制来存储费用。gydF4y2Ba
图1所示。(一)gydF4y2Ba原理概述柔性超级电容器相比传统的超级电容器gydF4y2Ba(B)gydF4y2Ba柔性超级电容器的照片组成的聚(材料间是的运动)和氧化石墨烯复合膜在灵活graphite-poly(对苯二甲酸乙二醇酯乙烯)基质及其伏安图;(gydF4y2BaLehtimaki et al ., 2015gydF4y2Ba版权:ACS应用材料和接口。gydF4y2Ba
结合指标如能量和功率密度,循环稳定,面积电容(Fcm,单位面积上的电容gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba)确定柔性超级电容器的性能。以下部分强调了EDLC的方程用于评估性能指标和PC柔性超级电容器。gydF4y2Ba
电双层电容器gydF4y2Ba
EDLCs,积累的电荷在电极/电解液界面或电容C可以发现使用方程1 (gydF4y2BaEndo et al ., 2001gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
,电解液的介电常数ε,S是电极界面面积,δ是距离的中心离子的电解质界面。最近文献,比电容已经从下的面积计算循环伏安法(CV)曲线使用方程2 (gydF4y2BaLim et al ., 2014gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
,我是简历的综合区域曲线,m是电极材料的质量,年代的扫描速率的简历,和k是一个常数乘数。从恒电流放电比电容也可以获得资料后方程3 (gydF4y2Ba王et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba周et al ., 2014gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
我是当前,t是在放电过程中运行的时候,m是电极材料的质量,和V是潜在的工作范围。gydF4y2Ba
最后,能量密度(E)和功率密度(P) EDLCs简历资料的计算,分别以下方程4和5 (gydF4y2Ba2004年冬季和BroddgydF4y2Ba;gydF4y2Ba风扇et al ., 2011gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
在那里,Δt放电时间。gydF4y2Ba
PseudocapacitorsgydF4y2Ba
最近,下面的方法被用来确定PC柔性超级电容器的性能参数。计算存储电极电荷,问对个人电脑PC材料的质量(m),特定的电容(C),简历操作的范围(ΔE)法拉第定律方程(6)(gydF4y2BaKhomenko et al ., 2006gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
简历的电化学参数和恒电流充电/放电测量确定在这种超级电容器使用方程7和8,分别为(gydF4y2Ba张和锅,2015年gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
我,v,我和S是归因于电流、扫描速率(mVs吗gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba),应用电流密度和活性电极面积,分别。两个主要性能指标计算P、E的恒电流放电剖面方程9和4后,分别对个人电脑(gydF4y2BaKhomenko et al ., 2006gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
,估算的总电阻R是两点之间的电压降在放电的概要文件(ΔiR)和应用电流(i)如下(10)方程(gydF4y2BaKhomenko et al ., 2006gydF4y2Ba;gydF4y2Ba张和锅,2015年gydF4y2Ba):gydF4y2Ba
因此,功率和能量密度是两个定义为柔性超级电容器的性能参数,结合其结构的灵活性。超级电容器是珍贵的高功率密度。虽然能量密度(~ 5 WhkggydF4y2Ba−1gydF4y2Ba超级电容器的低比Whkg填词(~ 150gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba),有巨大的进步在超级电容器电极和纳米材料功能电解质提高能量密度。灵活和导电电极,也可以作为当前收集器是柔性超级电容器的关键组件。因此,正在不断改善电极材料(gydF4y2Ba李et al ., 2016gydF4y2Ba)。小说设备制造技术也正在追求以较低的成本获得更高的建筑的灵活性。最近,东等人报道三大分类柔性超级电容器为改性,纸一样,三维多孔材料微观结构及形貌进行基于他们试图总结该领域的巨大进步(gydF4y2Ba董et al ., 2016 agydF4y2Ba)。结构设计及其相关的制造技术也极大地影响超级电容器的灵活性在回顾总结gydF4y2BaZhang et al。(2015)gydF4y2Ba。这个简短回顾了最近的进步为柔性超级电容器电极材料。gydF4y2Ba
最近的进展灵活的超级电容器材料gydF4y2Ba
最近,一系列新的pseudocapacitive电极材料研究,目的是增加柔性超级电容器的能量密度。电脑本质上有更高的电荷存储能力EDLCs相比,但受限于成本高和循环稳定性差。纳米氧化还原活性材料对电脑的吸引力,因为他们可以增加活动网站的感应电流的氧化还原反应在电极/电解液界面增强电荷存储。为此,一大群过渡金属氧化物承诺pseudocapacitive行为而闻名。一般来说,一些二元金属氧化物(如氧化铁,RuOgydF4y2Ba2gydF4y2BaNiO,有限公司gydF4y2Ba3gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba密苏里州gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3gydF4y2Ba,VgydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba5gydF4y2Ba,MnOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba)表现出巨大的能量和功率密度。其中,RuOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba含水的形式已经超越碳基的电容和导电高分子材料(gydF4y2Ba胡锦涛和陈,2004gydF4y2Ba;gydF4y2Ba哦纳扎尔和,2010年gydF4y2Ba)。MnOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba也被证明是有前途的环境亲切,成本效益和良好的比电容(gydF4y2Ba李和前言,1999年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba胡锦涛和陈,2004gydF4y2Ba;gydF4y2Ba米勒和西蒙,2008年gydF4y2Ba)。然而,三元和高阶金属氧化物特别有吸引力,因为他们提供额外的网站pseudocapacitive氧化还原过程促进更高的电容。例如,三元氧化物尼科gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba非常适合支持多种电化学过程,因为它包含混合价金属(gydF4y2Ba张和卢,2013年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba张d . et al ., 2014gydF4y2Ba)。尼科gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba纳米晶体生长在不同的基质如碳纤维纸,泡沫镍,钛表显示良好的循环稳定性和高电容(gydF4y2BaZhang et al ., 2012gydF4y2Ba;gydF4y2Ba黄et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba米切尔et al ., 2015gydF4y2Ba)。最近,一个高度灵活的准固态超级电容器设备是夹层电极的花形尼科臆造出来的gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba纳米晶体在氧化石墨烯(去)底物(gydF4y2Ba古普塔et al ., 2015gydF4y2Ba)。设备显示良好的循环稳定性,表明这个尼科gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba-电极材料我是非常适合制造变量温度和高性能柔性超级电容器设备。gydF4y2Ba
过渡金属硫属化合物(VSgydF4y2Ba2gydF4y2Ba,CuS、科gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,聂gydF4y2Ba2gydF4y2BaE = S, Se),稀土金属硫化物(LagydF4y2Ba2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba3gydF4y2Ba和SmgydF4y2Ba2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),layer-structured硫属化合物(金属氧化物半导体gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和SnSe)形成另一个类的有吸引力的柔性超级电容器的电极材料,因为其化学富裕表面积宿主氧化还原反应(gydF4y2Ba冯et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba曹et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2BaRatha溃败,2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba江et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba彭et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba魏et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba张c . et al ., 2014gydF4y2Ba)。三元材料和高阶chalcogenide-based最近成功地合成由于巨大的进步在湿化学合成技术(gydF4y2BaRamasamy et al ., 2014 bgydF4y2Ba,gydF4y2Ba2015年gydF4y2Ba)。这些进一步呼吁超级电容器电极材料包含不同金属离子丰富促进氧化还原反应和可调层之间的差距可以举办一个广泛的提高比电容电解液中的离子。例如,CuSbSgydF4y2Ba2gydF4y2Ba和CuSbSegydF4y2BaxgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2−xgydF4y2Bamesocrystals提供特殊循环稳定在高电流密度,使他们有吸引力的快速充电应用程序(gydF4y2BaRamasamy et al ., 2014 agydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
有几个工作金属钼酸hetero-structures成本效益,环保,高电化学性能。不同形态和组成的钼酸如三维MnMoOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba/ CoMoOgydF4y2Ba4gydF4y2Bahetero-structures, CoMoOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba石墨烯复合材料,分层NiMoOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba团簇,NiMoOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba纳米线进行了调查(gydF4y2Ba梅et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaCai et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba夏x et al ., 2013gydF4y2Ba)。在NiMoOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba,这是观察到球形形态促进增加电容由于其高表面积和导电性。形态学的影响详细调查了shape-controlled CoMoOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba纳米结构(如花椰菜、砖块和球形)(gydF4y2Ba烛台et al ., 2015gydF4y2Ba)。材料的电荷存储能力取决于它的形态。柔性超级电容器设备制造与shape-controlled钼酸钴电极表现出改进的稳定与循环数的增加简历的性能。设备也被发现是一个有吸引力的候选人高温超级电容器操作。图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba显示了新三元金属氧化物,高阶硫族化物和金属钼酸pseudocapacitive电极材料合成。gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba。先进pseudocapacitive为超级电容器电极材料。gydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba尼克的扫描电子显微镜(SEM)图像gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba纳米晶体生长在泡沫镍,一个有吸引力的电极材料为变量温度操作;版权:科学报告,(gydF4y2Ba古普塔et al ., 2015gydF4y2Ba)gydF4y2Ba(B)gydF4y2Ba,SEM图像和分层的三元硫化物CuSbS的功率密度gydF4y2Ba2gydF4y2Bananoplates;版权:材料化学杂志》(gydF4y2BaRamasamy et al ., 2015gydF4y2Ba)和底部,CuSbSegydF4y2Ba2gydF4y2Bamesocrystals夹层控制的差距;版权:化学材料,(gydF4y2BaRamasamy et al ., 2014 agydF4y2Ba),gydF4y2Ba(C)gydF4y2Ba扫描电镜的图像CoMoOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba纳米晶体和简历曲线在不同弯曲角度灵活的设备;版权:新化学杂志》(gydF4y2Ba烛台et al ., 2015gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
在最近的一次突破,柯等人报道一个新的ligand-mediated叠层技术组装金属(Au)和金属氧化物(MnO) pseudocapacitive纳米颗粒在柔性衬底形成超级电容器电极(gydF4y2BaKo et al ., 2017gydF4y2Ba)。设备显示大幅高能源(15.1 mWcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba(267.3μWhcm)和力量gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba)密度。方法是对传统的物理吸附过程的改进浸渍涂敷、绘画、迈耶杆涂层,dispensing-writing因为它允许控制加载导电聚合物和活跃的材料到衬底上。报告在另一个突破,一个片状电极材料氮化钒nanodots插入碳nanosheets已显示出超高容量电容(1203.6 FcmgydF4y2Ba−3gydF4y2Ba1.1 AcmgydF4y2Ba−3gydF4y2Ba;率703.1 Fcm的能力gydF4y2Ba−3gydF4y2Ba在210 AcmgydF4y2Ba−3gydF4y2Ba)超过大部分氮化碳过渡期金属氧化物/电脑知道日期(gydF4y2Ba高et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba李et al ., 2018gydF4y2Ba)。它基于氮化钒的电极是一个重大的进步超过先前的报道的氮化钒纳米结构有限的比表面积和电容性能。因此,材料的类型和组装技术是两个关键参数实现高性能电荷存储在灵活的个人电脑。刘等人最近开发出一种新的氧化化学气相沉积方法制作电极上涂上一层pseudocapacitive聚(3,4-ethylene dioxythiophene)聚合物(gydF4y2Ba刘et al ., 2017gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
从文献回顾,主要策略之一呈现电脑灵活和轻量级为合适的操作是使用各种成本效益和环保的柔性基板(如金属、碳纸和泡沫,传统纸、纺织、海绵、和电缆)。金属基质电导率和机械强度高的优点gydF4y2Ba迪拜铝业Holze, 2013 agydF4y2Ba;gydF4y2Ba迪拜铝业et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2BaJagadale et al ., 2013gydF4y2Ba)。灵活的不锈钢一直是最广泛使用的金属基板直接制造MnO等电活性电极材料gydF4y2Ba2gydF4y2Ba奈米棒森林和shape-controlled倪(哦)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba纳米结构(gydF4y2BaGund et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2BaSanthanagopalan et al ., 2013gydF4y2Ba)。电沉积被用来形成公司(哦)gydF4y2Ba2gydF4y2Bananoflake电影灵活的不锈钢基板(gydF4y2Ba周et al ., 2008gydF4y2Ba)。温和的化学方法也有沉淀Mn不利gydF4y2Ba3gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Bananosheets、锰gydF4y2Ba3gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba薄膜,以及纳米聚苯胺电极材料在弹性不锈钢基板(gydF4y2BaDhawale et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba迪拜铝业et al ., 2012gydF4y2Ba;gydF4y2Ba迪拜铝业和Holze, 2013 bgydF4y2Ba)。这些不锈钢超级电容器非常有前途的长期稳定。其他金属基板,包括铝、钛、铜、和Ni-foam,也被成功地用于制造等级和可弯曲超级电容器的循环稳定性(gydF4y2Ba刘et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2BaLe et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba林et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba元et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaZhang et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaKai et al ., 2012gydF4y2Ba;gydF4y2Ba金正日et al ., 2012gydF4y2Ba;gydF4y2Ba王et al ., 2012gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2013年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba周et al ., 2012gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2013年gydF4y2Ba;gydF4y2BaDorfler et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2BaReit et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba夏h . et al ., 2013gydF4y2Ba)。然而,研究柔性电极不透明和可伸缩的。因此,软塑料基质是首选在超级电容器电极触屏显示器(gydF4y2BaYu et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2Ba妞妞et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba施et al ., 2013 agydF4y2Ba;gydF4y2Ba陈et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba郝et al ., 2014gydF4y2Ba)。柔性超级电容器电极的石墨烯薄膜在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)支持,MnOgydF4y2Ba2gydF4y2Bananosheets铟锡oxide-PET基质,或单壁碳纳米管在聚二甲硅氧烷和聚苯胺基板已被证明是高度承诺为透明电子电容和拉伸性。然而,塑料基质电导率是有限的。纸质柔性超级电容器,轻量级、可弯曲,透明的,很容易适合加工的有吸引力的替代电子屏幕的便携式设备(例如,移动电话、数码相机和笔记本电脑)。在这方面,两个独立的电极,如碳纳米管(CNT)纸复合材料和可回收的纸上沉积的pc基板已经成功地调查。灵活的层次大孔和network-free形态学海绵基质促进高液吸收,增加表面积,连续的涂层,和增强电极和电解质之间的交互。对称问海绵组成的柔性超级电容器组装和通过化学气相沉积合成已报告显示良好的循环稳定性(gydF4y2Ba李et al ., 2013gydF4y2Ba)。此外,菲gydF4y2Ba3gydF4y2BaOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba和MnOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba有吸引力的PC材料的能量密度进一步增加碳质海绵基质(gydF4y2Ba陈et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba吴et al ., 2013gydF4y2Ba)。纺织品基质如棉布、涤纶超细纤维斜纹,和碳织物从通过编织天然或合成纤维,合成紧迫,针织或毡呢。这些底物有较高的拉伸性的优势,轻量级的,三维连通孔隙结构、良好的机械强度,较低的成本比其他基质柔性超级电容器。可伸缩的纺织品被浸渍的单壁碳纳米管电极成棉布或多孔碳材料织棉/聚酯纺织品(gydF4y2Ba胡锦涛等人。,2010年gydF4y2Ba;gydF4y2BaJost et al ., 2011gydF4y2Ba)。为了进一步提高电化学电容,金属氧化物纳米颗粒(如MnOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba)一直在涂碳纺织基质形成灵活的电极(gydF4y2Ba元et al ., 2012gydF4y2Ba;gydF4y2Ba赵et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba道et al ., 2014gydF4y2Ba;gydF4y2Ba杨et al ., 2014 agydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba)。电化学材料涂层的主要贡献者的总电容textile-based灵活的电极,因为纺织品有固有的低电容。因此,一个灵活的活性炭/ MnO的感觉gydF4y2Ba2gydF4y2BaCNT /组装最近捏造获得增强的电容和高绩效(gydF4y2Ba董et al ., 2016 bgydF4y2Ba)。此外,金属有机框架(mof),一类协调聚合物有高的比表面积和可控孔隙大小来锚定活跃的材料被用于解决碳排放的限制纺织品基质(gydF4y2Ba徐et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba刘et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba赵et al ., 2018gydF4y2Ba)。财政部可以应用于超级电容器三种方式灵活,直接作为电极材料,复合电极,或作为活性电极材料的柔性衬底上(gydF4y2Ba赵et al ., 2018gydF4y2Ba)。杂多酸是另一类多孔基质与新颖的电子特性,鲁棒结构,能够像酸合成过程中由于金属氧簇。杂多酸最近被用于显著改善像MnO低成本电极材料的导电性gydF4y2Ba2gydF4y2Ba纳米粒子(gydF4y2Ba王et al ., 2018gydF4y2Ba)。另一个新兴的方向灵活的基质是biomass-derived基质和木基板(gydF4y2BaLv et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2BaHerou et al ., 2018gydF4y2Ba)。木材横断面切片是一种很有前途的候选人为柔性基板,因为它显示了良好的亲水属性,但不需要任何严厉的和昂贵的化学处理步骤制备其他基质(如纤维素纸)。最近,一个新的阳极材料的低结晶FeOOH纳米颗粒涂层碳纤维布取得高能源(104 WhkggydF4y2Ba−1gydF4y2Ba(1.27 kWkg)和力量gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)密度(gydF4y2Ba奥乌苏et al ., 2017gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
EDLCs主要使用碳材料电极(gydF4y2Ba胡锦涛等人。,2010年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba董et al ., 2016 agydF4y2Ba)。单一碳电极在EDLCs由碳网络(如碳布、布、电影、涂料、纸张,或纺织)捏造从一维(1 d)碳纳米管或碳纤维和/或二维(2 d)石墨烯或石墨表(gydF4y2Ba翁et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba陈和戴,2014年gydF4y2Ba)。不同的制造技术,如编织、化学气相沉积、过滤、印刷、蒸发或dip-drying用于形成碳网络由范德瓦耳斯相互作用或氢键的碳粒子(gydF4y2Ba程和刘,2013年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba谭et al ., 2017gydF4y2Ba)。碳织物,高度合适的碳网络柔性超级电容器的强度、刚度、和灵活性生产的主要是平原,缎或斜纹编织技术(gydF4y2Ba程和刘,2013年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba钱et al ., 2013gydF4y2Ba;gydF4y2Ba董et al ., 2016 agydF4y2Ba)。稳定分散的碳材料和配体如十二烷基苯磺酸钠在合适的溶剂作为起始剂为其他类型的碳网络包括碳膜、纸、纺织品。碳的电影可以用化学汽相淀积形成组装单壁碳纳米管在聚二甲硅氧烷基板。也可以由喷墨打印或旋转涂布碳材料在柔性塑料或纸基板。纸质表格高度合适的底物由于其高孔隙率和表面积,但大孔隙大小可以使碳纳米结构渗透基质(gydF4y2Ba李et al ., 2017gydF4y2Ba)(gydF4y2BaPushparaj et al ., 2007gydF4y2Ba)。应用聚偏二氟乙烯涂层衬底被用作一个灵巧的预处理方法促进最大附着力多孔碳电极材料的衬底,同时保持了导电性。碳纸,相反,是由过滤或蒸发技术。dipping-drying方法类似于布染色过程本质上是用于制造碳纺织品。在一个典型的合成,织物蘸包含碳材料在干燥的成品染料溶液的溶剂织物形成电极。除了电极材料,电极的超薄平面几何是促进更高的电极/电解液的交互EDLCs相比平面堆叠几何(gydF4y2Ba陈和戴,2014年gydF4y2Ba)。垂直对齐的活性电极材料的衬底也众所周知,显著提高电容(gydF4y2BaIzadi-Najafabadi et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2BaEftekhari 2018gydF4y2Ba)。调查的潜在机制对齐在石墨烯超级电容器所扮演的角色将会是一个关键的未来方向增加EDLCs和构建超高速电子超级电容器的能量密度(gydF4y2BaEftekhari 2018gydF4y2Ba)。最近,离子液体已经成功地研究了溶剂/电解质等EDLCs由于其诱人的属性高离子电导率、大范围的电化学势,和优秀的水分稳定,相对较低的波动性(gydF4y2BaLehtimaki et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba洛伦佐和Srinivasan, 2018gydF4y2Ba)。除了基于石墨烯和碳EDLCs,黑磷、二维层状和p型直接带隙半导体电极材料最近耦合的高功率密度和高能量密度EDLCs (gydF4y2Ba杨et al ., 2017gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
结论gydF4y2Ba
在这次审查中,我们总结了最近的进步发展的新型电极材料的高特定supercapacitance EDLC和PC柔性超级电容器。三元和高阶金属氧化物纳米结构,分层结构过渡金属硫属化合物,金属钼酸盐、氮化钒,polyoxometalate-MnOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba已经证明了对个人电脑的吸引力电极。的shape-controlled CoMoOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba纳米结构电极PC承诺在高温操作。EDLC电极等新的制造技术的进步,使用离子液体作为溶剂/电解质所描述的审查。此外,我们总结了新兴的发展低成本柔性基板材料的类别(如金属、纸、复写纸、海绵、纺织品、或缆式基质)及其相应的优点和局限性。gydF4y2Ba
总之,柔性超级电容器以其优良的功率密度和极具吸引力的技术的主要挑战在于他们的能量密度低,生产成本高。因此,未来的发展方向之一的柔性超级电容器结合常见EDLC材料具有成本效益的PC混合电极活性材料形成小说。最近,在能量密度(104.3 Whkg显著增加gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)取得混合超级电容器组成的一个电容主要氢氧化阳极的氧化铁纳米粒子生长在灵活的碳纤维布和PC NiMoOgydF4y2Ba4gydF4y2Ba阴极,同时保持卓越的稳定性和功率密度(gydF4y2Ba奥乌苏et al ., 2017gydF4y2Ba)。另一个科学的推力是开发为基础的解决方案流程和健壮的大规模制造柔性超级电容器制造路线。小说电解质和电极材料也被调查,使高温操作的灵活的超级电容器。因此,柔性超级电容器储能的迅速发展的、环境友好型技术。是设想两个作为主要能源存储,结合填词。gydF4y2Ba
作者的贡献gydF4y2Ba
SP负责写作和格式。基米-雷克南和沟通手稿写道。RG和AG)监督和写的手稿。gydF4y2Ba
资金gydF4y2Ba
2018年应用计算科学卓越中心的竞争,大学田纳西州的查塔努加。gydF4y2Ba
利益冲突声明gydF4y2Ba
基米-雷克南是受雇于UbiQD, Inc .)gydF4y2Ba
其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba
确认gydF4y2Ba
作者承认大学田纳西州查塔努加。研究报告在这个部分所支持的2018年出版应用计算科学卓越中心的竞争。我们感激地承认UA-MINT额外支持中心。执行这项工作,部分集成纳米技术中心,一个办公室的用户设备操作为美国能源部(DOE)办公室洛斯阿拉莫斯国家实验室(合同DE-AC52-06NA25396)和桑迪亚国家实验室(合同de - na - 0003525)。RG表达了他真诚的承认高分子化学的程序和堪萨斯州聚合物研究中心,匹兹堡州立大学提供资金和研究支持。gydF4y2Ba
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关键词:gydF4y2Ba灵活的超级电容器电极材料、氧化物、硫属化合物,钼酸、灵活的基质gydF4y2Ba
引用:gydF4y2BaPalchoudhury年代,Ramasamy K,古普塔RK,古普塔(2019)柔性超级电容器:材料的角度。gydF4y2Ba前面。板牙。gydF4y2Ba5:83。doi: 10.3389 / fmats.2018.00083gydF4y2Ba
收到:gydF4y2Ba2018年10月26日;gydF4y2Ba接受:gydF4y2Ba2018年12月31日;gydF4y2Ba
发表:gydF4y2Ba2019年1月22日。gydF4y2Ba
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张董钟旭gydF4y2Ba釜庆国立大学,韩国gydF4y2Ba版权gydF4y2BaGupta©2019 Palchoudhury Ramasamy,古普塔和。这是一个开放分布式根据文章gydF4y2Ba知识共享归属许可(CC)gydF4y2Ba。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。gydF4y2Ba
*通信:gydF4y2BaKarthik Ramasamy,gydF4y2Bakarthik@ubiqd.comgydF4y2Ba