摘要
超级电容器作为一种新型储能器件，因其循环稳定性好、比电容大、能量密度与功率密度高、电化学性能优越等优点，逐渐受到研究人员的青睐，成为最具应用前景的能源器件。其中，凝胶电解质兼具液体电解质和固体电解质的优点，如离子电导率提高空间大，热稳定性能良好，易于制备且对环境污染较小等。凝胶电解质作为提高超级电容器电化学性能表现的关键，还存在着诸多需要改进的方面，其中，最大的问题在于凝胶电解质离子电导率较低，仍有待提高。本课题基于此探究PVA氧化还原聚合物凝胶电解质的电化学性能表现，工作重点在于引入新型的氧化还原活性物质LiI制备PVA类氧化还原凝胶电解质，检测其引入氧化还原剂LiI前后电化学性能表现，以此来分析此体系下超级电容器电化学性能的提升。本课题主要取得以下几个进展： （1）探究PVA-Li2SO4-LiI聚合物凝胶电解质的制备及由该凝胶电解质组成的超级电容器的电化学性能。将PVA聚合物基体、Li2SO4溶液及氧化还原剂LiI采用溶液凝胶法制备获得了PVA-Li2SO4-LiI聚合物凝胶电解质，LiI为0.7g时，PVA-Li2SO4-LiI聚合物凝胶电解质离子电导率达到3.08×10-2S/cm，相比未添加LiI提高了55.55%；电流密度为0.4A/g时，PVA-Li2SO4-LiI聚合物凝胶电解质超级电容器电极比电容最高达到了362.99F/g，比原来提高71.81%，能量密度和功率密度也有了明显提高，分别达到12.60Wh/kg和480.77W/kg；2000次循环充放电下超级电容器电容保持率达到95.28%；1000次弯曲次数下，超级电容器电极比电容保持为357F/g。 （2）探究碱性溶液KOH环境下引入氧化还原剂LiI对PVA类聚合物凝胶电解质电化学性能的影响。溶液凝胶法制备得到的PVA-KOH-LiI聚合物凝胶电解质，LiI为0.8g，其离子电导率达到5.61×10-2S/cm，相比未添加LiI前，提高了近5倍，与PVA-Li2SO4-LiI聚合物凝胶电解质离子电导率相比，提高约2倍；电流密度为0.8A/g时，PVA-KOH-LiI（m=0.8g）聚合物凝胶电解质超级电容器电极比电容达到256.01F/g，相比原来提高3倍多，与PVA-Li2SO4-LiI聚合物凝胶电解质超级电容器提升效果相比，高出2倍不止，PVA-KOH-LiI（m=0.8g）聚合物凝胶电解质超级电容器能量密度与功率密度分别达到8.89Wh/kg和367.65W/kg；此外，2000次循环次数下，电容保持率达到97.18%，高于PVA-Li2SO4-LiI；1000次弯曲测试下，电极比电容保持在251.09F/g。结果证明氧化还原剂LiI在碱性环境下对PVA聚合物凝胶电解质性能提升明显高于盐溶液环境。 （3）氧化还原剂LiI的引入使得超级电容器的电容由典型的双电层电容和氧化还原反应带来的法拉第赝电容两部分构成，因此PVA-Li2SO4-LiI与PVA-KOH-LiI聚合物凝胶电解质超级电容器电化学性能显著提升。 （4）氧化还原剂LiI作为离子电导率提高的根本所在，取决于该物质的双离子作用，一方面是Li+离子的半径小，易于运动迁移；另一方面是I-离子氧化还原反应产生的多价态离子，提高了离子迁移量。
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