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要點一：多功能碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)超級電容器的設計與制備
高強度、輕質(zhì)量的碳纖維增強復合材料一直以來被廣泛應用于航空航天、汽車、建筑等眾多工程領域中。然而，傳統(tǒng)的碳纖維增強復合材料越來越不能滿足人們對工程材料的諸多需求，因此，功能化復合材料的研究熱度與日俱增。
其中，一種同時具有高機械強度與良好電化學性能的多功能復合材料結(jié)構(gòu)儲能器件的概念被提出并吸引了許多研究者們的興趣。它十分貼合對電動汽車，無人機，飛機等輕量化設計的理念。其高力學強度的特性使它足以替代傳統(tǒng)的金屬外殼結(jié)構(gòu)，而同時又可作為儲能裝置為系統(tǒng)提供動力，從而減少甚至代替電池等儲能裝置的使用，提高結(jié)構(gòu)的安全性并最大程度上地優(yōu)化整體的重量與體積。
本文的碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)超級電容器主要由兩部分組成。一部分是提供儲能能力的柔性器件，是以KOH處理后的碳布作為正負電極并通過PVA-KOH凝膠電解質(zhì)粘接而成。另一部分是作為支撐結(jié)構(gòu)的樹脂基復合材料層壓板，主要提供力學強度與剛度。
本文采用了簡單的成型工藝首先制備碳纖維柔性超級電容器，然后在纖維鋪層過程中再將其放入樹脂基復合材料層壓板的層間，最終制得嵌入式碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)電容器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示
圖A基于KOH處理的碳布作為正負電極的柔性儲能器件，圖B碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)超級電容器的爆炸視圖以及圖C組裝圖。
要點二：結(jié)構(gòu)電容的電化學及力學性能
圖A碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)超級電容器的結(jié)構(gòu)；圖B器件從1到100 mV·s-1的CV曲線；圖C不同電流密度下器件的GCD曲線；圖D器件在單個、并聯(lián)和串聯(lián)下的CV曲線。
圖A恒定負載下結(jié)構(gòu)電容的電化學循環(huán)性能。插圖：實驗示意圖；圖B循環(huán)前后結(jié)構(gòu)電容的EIS結(jié)果，插圖：等效電路圖。
本文主要對碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)超級電容器進行了循環(huán)伏安、恒電流充放電以及循環(huán)性能等相關的電化學性能測試，其結(jié)果如圖2，3所示。其比容量，能量密度以及功率密度分別達到88mF·g-1，9.9 mWh·kg-1和445.5 mW·kg-1（這里的計算所涉及到的質(zhì)量為結(jié)構(gòu)電容的總重）。對于力學性能進行了三點彎曲及界面強度測試，其彎曲強度與剪切強度分別為230 MPa和8.75 MPa，測試結(jié)果如圖4a,b所示。
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