米乐m6官网登录韩国仁荷大学：用于可堆叠储能复合材料的碳纤维增强聚

　　储能结构复合材料将储能功能与承受机械载荷的功能相结合。电极和电解质组件可以简单地层压以制造复合能源设备。本文，韩国仁荷大学Jei Gyeong Jeon等研究人员在《ENERGY STORAGE MATER》期刊发表名为“Current collectors of carbon fiber reinforced polymer for stackable energy storage composites”的论文，研究提出了一种与环氧树脂交织的碳纤维织物作为双极集流体（CC），当涂有活性材料并干燥时，它成为双极电极的组成部分。CC非常轻，其比强度比典型的金属 CC 高一个数量级。

　　还推进了玻璃纤维织物片，一种隔膜，浸渍有共析凝胶电解质作为复合隔膜/电解质成分。电解液的离子电导率在很宽的温度范围内都非常出色，并且在高达 100 °C 的温度下保持稳定。复合超级电容器是通过两个元件片的交替堆叠来制造的。它们用于验证通过简单叠层实现的能量器件的可扩展性，并证明通过利用双极 CC 来减轻器件重量可显著提高功率和能量密度。

　　图1.（a） 双极CFRP CC的制造工艺示意图。（b）双极CFRP CC的制造示意图，该结构在整个厚度上具有导电性，但对离子不渗透。（c） 和 （d） CFRP CC 的平面内和 （e） 和 （f） 横截面 SEM 图像。

　　图2.（a） 双极CFRP CC在0°和45°方向上的应力-应变曲线。（b） 双极CFRP CC与典型金属和合金双极CC的比强度和比模量比较。（c） 使用氯化胆碱和乙二醇的电解质混合物进行离子渗透性测试。（d） 平面和平面通向的电阻率测量。（e） 单极和双极CC的iR液滴随方形边长度增加的比较。

　　图3：(a) 玻璃纤维编织物和共晶凝胶电解质制成的复合电解质/分离器的示意图和 (b) 光学图像。不同 DES:AA 重量比的共晶凝胶的 (c) 离子电导率和 (d) 流变特性比较。(e) DES:AA 重量比为 8:2 的共晶凝胶与前驱体溶液的傅立叶变换红外光谱（FT-IR）比较。(f) DES:AA 重量比为 8:2 的共晶凝胶的离子导电率与温度的函数关系。通过 (g) 差示扫描量热分析 (DSC) 和 (h) 热重分析 (TGA) 评估共晶凝胶和 AA 基水凝胶热稳定性的比较。

　　图4. (a) 本文中制作的复合超级电容器的制作过程。以 (b) 单电池和 (c) 叠层电池结构制造的超级电容器的示意图和光学图像。单电池和叠层电池在 100 mV s-1 扫描速率下的(d)电容响应和(e)电流密度为1.0mA cm-2 时的 GCD 曲线比较。(f) 两个器件在功率和能量密度方面的性能可扩展性。(g) 单电池和 (h) 叠层电池在 1.0 mA cm-2 下的循环稳定性（库仑效率和电容保持率）。

　　图6：（a）100 mV s-1 时的循环伏安图；（b）叠层电池在 1.0 mA cm-2 温度范围内的 GCD 曲线。(c) 评估电容值与温度的关系。(d) 堆叠电池在弯曲变形情况下的充放电性能变化。(e) 利用叠层电池在低温和高温下点亮商用发光二极管。(f) 将堆叠电池连接到 3.2 伏的高电压下充电，利用堆叠电池驱动需要 3.0 伏驱动电压的电动机。

　　一种浸渍了环氧树脂的碳纤维织物薄片已被用作可堆叠的双极集电极（CC）。这种 CC 密度低（1.54 g cm-3），比强度为 510 MPa cm3 g-1，比典型的金属 CC 高一个数量级。较低的薄片厚度（∼260 μm）和相对较低的弹性模量为塑形提供了很高的灵活性。在 CC 上涂覆碳浆并干燥后，就形成了双极复合电极。浸渍了共晶凝胶电解质的 80 μm 厚的玻璃纤维织物薄片（一种分离器）也被用作双功能复合电解质/分离器。这种复合电解质具有良好的离子电导率（3.0 mS cm-1），工作温度范围宽，在 100 ℃ 以下都很稳定。通过交替层叠这两种成分的薄片，制造出了叠层超级电容器，成功地展示了通过简单的叠层可以实现器件的放大。该装置在功率和能量密度方面表现出色。采用双极复合电极后，重量和体积都大大减轻，从而显著提高了功率和能量密度。堆叠式超级电容器被用于在寒冷和炎热环境中点亮发光二极管，并驱动电动机，以证明其作为储能设备的实用性。