石墨烯优化的Ni(OH)2/V3S4纳米复合材料增强电荷传输性能及其采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺在织物碳纤维上的高性能结构超级电容器应用
Effect of graphene optimization on Ni(OH)2/V3S4 nanocomposites for enhanced charge transport and high-performance structural supercapacitors fabricated via vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM) using woven carbon fiber
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传统超级电容器因体积庞大而增加系统质量，限制了其在紧凑型轻量化储能系统中的应用。结构超级电容器通过将储能功能与承载结构相融合，为下一代汽车和航空航天技术提供了新的解决方案。本研究合成并优化了Ni(OH)2/V3S4及石墨烯掺杂型Ni(OH)2/V3S4（Gr/Ni(OH)2/V3S4）纳米复合材料用于高性能结构超级电容器。含3 wt%石墨烯的优化复合材料（Gr3/Ni(OH)2/V3S4）在三电极体系中、电流密度4.5 mA/cm²条件下展现出0.13 F/cm²的优异比电容。性能提升源于Ni(OH)2、V3S4与石墨烯的协同效应，共同增强了电导率并提高了电活性位点的可及性。为评估其结构应用潜力，将Gr3/Ni(OH)2/V3S4复合材料涂覆于织物碳纤维(WCF)上，采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备结构超级电容器器件(SSD)。所得SSD在16 mA/cm²电流密度下比电容达2.36 F/cm²，在0.16 A/cm²高电流密度下经50000次充放电循环后保持72%的初始电容。器件在功率密度1000 W/kg时实现73.75 Wh/kg的高能量密度，展现出多功能储能的巨大潜力。研究结果证明Gr3/Ni(OH)2/V3S4基结构超级电容器作为轻量化、高性能储能解决方案在先进工程应用中的可行性。