摘要
当下，电子设备正在按照人们的要求变的柔性，微型和多功能化。在储能设备中，锌离子电池与常用的锂离子电池之相比具有成本低，安全性高等特点，被认为是未来电池储能领域最有优势和最有前景的电池。基于此，为了获得更加柔性、安全以及较高能量密度的储能设备，满足柔性可穿戴产品日益增长的需求，以碳纤维为基底，制备出一种一维纱线状的柔性锌离子电池。本文首先采用静电纺丝和原位聚合聚吡咯(PPy)的方法制备出导电纱线，并通过电沉积以及其浸渍涂覆的方法制备出纱线Zn负极和MnO2正极。其次以自由基聚合法制备出聚丙烯酰胺(PAM)凝胶电解质组装成纱线锌离子电池。最后为了提高纱线电池的循环稳定性，对PAM水凝胶引入羧甲基纤维素(CMC)形成双网络结构对其进行改性。具体研究内容如下： (1)以碳纤维为基底，通过静电纺丝聚丙烯腈(PAN)和原位聚合聚吡咯(PPy)制备出CPP纱线，利用电化学沉积和浸渍涂覆的方法制备出CPP@Zn纱线负极以及CPP@MnO2纱线正极。确定了最优工艺参数。三电极体系下，在循环充放电多次后，CPP@Zn纱线负极仍能保持原比电容的87.76%，CPP@MnO2纱线正极仍有89.76%的容量保持率。 (2)为了与纱线电极组装出纱线状电池，以自由基聚合法制备出PAM水凝胶电解质，具有优异拉伸性能（1600%的拉伸形变）、吸水性能（1476.73%的吸水率）和热稳定性能，离子电导率可以达到4.24×10-2S/cm，分解电压为2.525V；PAM基纱线电池具有优异的倍率性能和循环稳定性，当电流密度为1mAcm-1时，其长度比电容可以达到146.88μAhcm-1，100次循环后可以保持64.98%，即使在不同弯折角度和反复弯折条件下仍具有良好的循环稳定性。 (3)针对PAM基纱线电池循环稳定性较差的问题，对PAM水凝胶引入羧甲基纤维素(CMC)形成双网络结构对其进行改性。得到的CMC/PAM水凝胶具有比PAM更优异拉伸性能（可以达到2700%的拉伸形变）和吸水率（1869.74%的吸水率）。其离子电导率可以达到6.37×10-2S/cm，分解电压为2.635V，均比PAM高；CMC/PAM基纱线电池具有比PAM基纱线电池更优异的倍率性能和循环稳定性，在电流密度为1mAcm-1时，其长度比电容可以达到170.23μAhcm-1，100次循环后可以保持73.14%，即使在不同弯折角度和反复弯折条件下循环稳定性比PAM基纱线电池更优异。 本论文的研究可为柔性储能设备的发展提供新思路。
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