碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料的制备及性能研究

刘科^1,2，钟志成¹，曹静¹

1. 低维光电材料与器件湖北省重点实验室2. 湖北文理学院物理与电子工程学院

摘 要：柔性超级电容器作为一种储能器件,具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、比电容高等优点,可满足可穿戴器件的需求,而柔性电极材料是决定柔性超级电容器发展的关键因素,它决定着电容器的主要性能指标。采用混纺的方法制备了碳纤维含量为20%(质量分数)的碳纤维/棉纤维混纺纱线,然后通过电化学沉积法在碳纤维/棉纤维混纺纱线上生长聚吡咯颗粒,成功制备了20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱分析仪和电化学工作站研究了复合材料的形貌、聚吡咯沉积情况以及复合材料的电容性能。结果表明,20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料中,聚吡咯颗粒直径为30～60 nm,且沉积均匀,化学活性较高;在1.02 mA/cm~2电流密度下,复合材料的最大比电容达到1.28 F/cm~2,其高比电容归因于电极的独特结构;复合材料具有良好的柔韧性、机械稳定性和充放电循环寿命,其经过6 000次弯曲循环后,电容保持率仍有80%以上,可以用作柔性可穿戴超级电容器的电极材料。

关键词：碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料;电化学性能;电容保持率;循环寿命;