温度对PVA-AA-KOH-H2O纺织基超级电容器电化学性能的影响

王思婷 胡吉永 蒋利红

东华大学 纺织学院,上海 201620

随着可穿戴电子器件在电子皮肤[1]、生物传感器[2]、智能纺织品[3]及健康监测[4]等领域的应用与发展,人们对柔性储能设备包括超级电容器和电池的需求不断增加[5]。纺织基超级电容器相比传统电池具有功率密度高、循环稳定性出色和柔韧性良好,以及易于集成等优点[6],应用潜力巨大。但实际使用发现,过冷或过热的环境不仅会对超级电容器的电容、电阻及寿命产生影响,还会导致电极材料损伤,电解质发生副反应,甚至引起短路等不良后果。储能装置在低温条件下突然断电或高温条件下自燃的状况也屡见不鲜[7]。因此,探究温度对纺织基超级电容器储能性能的影响机制,对开发宽工作温度范围的此类装置具有重要的意义。

纺织基超级电容器的典型结构为夹层结构,即将电极、集流体、电解质和隔膜以三明治的形式堆叠,其设计简单,内阻小。目前,多数温度效应影响机制的研究对象为夹层结构的纺织基超级电容器[8-10]。但这种超级电容器也存在厚度和体积较大、体积比电容和能量密度较低、应变状态下电极与电解质界面易分离等缺点。相比之下,共面结构的纺织基超级电容器将电极与电解质配置在同一平面,这有利于缓解或消除界面之间的滑移现象,具有体积小,质量轻,导电性和柔软性良好,比功率密度高,与可穿戴电子器件易集成等优势[11]。由于夹层结构和共面结构的纺织基超级电容器在构造和热传导路径上存在差异,故二者在温度的响应方面也存在不同。目前,有关温度对共面结构的纺织基超级电容器电化学性能的影响未见报道。

温度对共面结构的纺织基超级电容器的影响主要体现在电极材料、电解质及界面的相互作用等方面,其中电解质的电导率、离子活动性和化学稳定性等受温度影响最为显著[12]27。目前,关于耐温柔性超级电容器的研究也主要集中在电解质领域,特别是凝胶聚合物电解质。在各种凝胶电解质中,聚乙烯醇(PVA)具有吸水保水能力强、成本低和对pH值适应性好等优点,故有关PVA基的凝胶电解质的耐温性能近年研究较多。由H2SO4、H3PO4、KOH掺杂的PVA凝胶电解质是柔性超级电容器的常用材料[13],[14]26,[15-17],特别是碱性PVA凝胶电解质,具有高电导率、高稳定性、低自放电、高安全性等优点,在储能装置中备受重视。Yuan等[18]采用PVA-KOH-H2O(简写为PK)凝胶电解质组装NiO/活性炭基混合超级电容器,并研究了其在-20～40 ℃温度下的电化学性能,发现温度升高可以提高该碱性凝胶电解质的离子电导率,进而提高超级电容器的电容性能。但PK凝胶电解质膜在空气中易深度失水并发生起皱、变脆现象,热稳定性较差,电化学性能下降,这显然不利于超级电容器的长期使用。因此,如何优化碱性PVA凝胶电解质的热稳定性,延长超级电容器的工作寿命,挖掘其应用潜力,目前仍是一大挑战。

丙烯酸(AA)含有羧基和乙烯基结构,亲水性较好,与PVA相容,且羧基有利于提高电解质材料的吸水性,能在高温条件下通过水汽化带走大量的热,降低超级电容器的表面温度,提高超级电容器的稳定性[19]281。鉴于此,本文向碱性PVA凝胶电解质中添加AA单体,通过共混改性制备PVA-AA-KOH-H2O(简写为PAK)凝胶电解质,并与多壁碳纳米管(MWCNTs)织物电极组装,制备共面结构的纺织基超级电容器。通过测试-20～60 ℃温度下织物电极的表面电阻、凝胶电解质的电导率和纺织基超级电容器的电化学性能,深入分析循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、恒电流充放电(GCD)、循环寿命等测试结果和等效电路,探讨温度对共面结构的纺织基超级电容器电化学性能的影响机制,以期为后续开发和研究宽工作温度范围的柔性超级电容器提供理论参考和依据。

1 试验设计和测试评价

1.1 试验材料

MWCNTs,长度为10～30 μm,外径为10～20 nm,纯度>95%,江苏先丰纳米材料科技有限公司。N-甲基吡咯烷酮(NMP),C5H9NO,分析纯,中国国药化学试剂有限公司。PVA,CH2CHOHn,分析纯,中国国药化学试剂有限公司。AA,C3H4O2,纯度为95%,中国国药化学试剂有限公司。Elastollan 1185A热塑性聚氨酯(TPU),(AB)n型,德国BASF公司。消泡剂(BYK-333),BYK公司。

全棉机织物,纱线线密度为14.76 tex,面密度为135 g/m2,经纱密度为133根/(2.54 cm),纬纱密度为100根/(2.54 cm),常州慧锦纺织品有限公司。

1.2 织物电极的制备

基于前期的工作[20],按照m(NMP)∶m(TPU)∶m(BYK-333)∶m(MWCNTs)=88.9∶5.9∶0.2∶5.0的质量比制备电极油墨。首先,称取一定质量的TPU颗粒溶解在NMP溶剂中,同时加入BYK-333消除导电油墨中的气泡,并尽量减少消泡剂含量对导电油墨导电性的影响;随后,在磁力搅拌器上以350 r/min的速度搅拌120 min,控制温度在40 ℃,使混合均匀;再将一定量的MWCNTs加入其中,搅拌30 min;最后,为了使导电填料分散均匀,使用超声波处理混合溶液30 min,控制温度在40 ℃,得到MWCNTs导电油墨。

接着,先将全棉机织物样品在乙醇中浸泡30 min,然后用去离子水冲洗以除去织物表面残留的杂质,再置于40 ℃烘箱中干燥;接着,使用台式丝网印刷机(深圳市金诚凯茂机械设备有限公司)将MWCNTs导电油墨均匀印刷在全棉机织物上,印刷时设置刮板与丝网之间夹角为85°,印刷速度为15.0 cm/s;印刷后,织物置于80 ℃烘箱中干燥30 min,固化得到丝网印刷织物电极,电极有效工作面积为1.2 cm2。

1.3 PAK及PK凝胶电解质的制备

按照m(PVA)∶m(AA)∶m(KOH)∶m(H2O)=3.5∶2.0∶3.0∶40.0的质量比,将一定量的PVA颗粒加入去离子水中,并逐滴添加AA溶液,再在80 ℃的水浴中搅拌至澄清的黏稠状。接着,将配好的KOH溶液逐滴加入混合液中,继续搅拌30 min使其充分混合,形成高黏度的均一透明的胶体,即得PAK凝胶电解质。

PK凝胶电解质的制备则按照m(PVA)∶m(KOH)∶m(H2O)=3.5∶3.0∶40.0的质量比,将一定量的PVA颗粒加入去离子水中,在80 ℃水浴中搅拌溶解,再逐滴加入KOH溶液,继续搅拌30 min使其充分混合,即得到PK凝胶电解质。

1.4 纺织基超级电容器的组装

采用浸渍法,将凝胶电解质涂覆在织物电极上,(25±5)℃环境温度下静置1 h使其凝胶化,然后进行下一轮浸渍。重复浸渍和静置5～6次,直至织物正负极间形成乳白色的凝胶,即形成如图1所示的共面结构的纺织基超级电容器。再静置12 h,使多余水分蒸发,以用于后续测试。

图1 共面结构的纺织基超级电容器结构示意

1.5 导电性能测试

将织物电极固定于C4-180 Pro 2019型恒温恒湿试验箱[伟思富奇环境试验仪器(太仓)有限公司]中,控制湿度为(45±5)%,温度从-20 ℃持续稳定升至70 ℃,并以0.03 s作为采样周期,测试织物电极的表面电阻,探究温度变化对电极材料电学性能的影响。

共测试3个样品,每个样品测3次。取各温度下表面电阻的平均值用于分析表面电阻随温度的变化趋势。

1.6 电化学性能测试

将PK和PAK凝胶电解质膜固定于2片304不锈钢惰性电极之间,采用CHI 660 D型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)测试其循环伏安行为。设置电压为-1.5～1.5 V,扫描速率为20 mV/s,频率为10-1～105Hz,振幅为5 mV。静置30 min后,对电解质膜进行EIS测试。基于所得Nyquist图中斜线外推与实轴的交点,得到电解质膜的体电阻,并根据5次测试得到的体电阻的平均值计算电解质膜的离子电导率(mS/cm)[21]。

将共面结构的纺织基超级电容器置于恒温恒湿试验箱中,设定温度范围为-20～60 ℃,温度增长步长为20 ℃,且每档温度保持1 h,以使电极和电解质达到稳定和平衡。通过两电极系统测试超级电容器的电化学性能。在不同扫描速率(20、50、100、200、500 mV/s)及0～0.8 V电压窗口下进行循环伏安测试。交流阻抗测试频率为10-2～106Hz,振幅为5 mV,利用小幅度交流电压对超级电容器进行扰动,并经拟合得到等效电阻,深入分析电解质离子在电极、电解质内部以及在电极与电解质界面的传输和扩散过程[22]。在不同电流密度(0.06、0.08、0.10、0.12、0.15 mA/cm2)下对超级电容器进行恒电流充放电测试,并在0.12 mA/cm2电流密度下充放电循环4 000次,探究超级电容器在不同温度下的循环稳定性。每个样品测5次,并通过面积比电容误差棒反映超级电容器的电化学性能稳定性。

由于柔性储能器件的电极活性物质负载量通常较低,这将导致质量比电容虚高[14]22,因此采用面积比电容评估超级电容器的电荷存储能力较采用质量比电容更具有参考意义。根据GCD曲线,面积比电容(Ca)可由式(1)计算得到:

(1)

式中:Ca为面积比电容,mF/cm2;I为电流密度,mA/cm2;Δt为放电时间,s;ΔV为放电过程中除去电压降的电压窗口,V;A为单电极面积,cm2。

2 结果与讨论

2.1 温度对织物电极导电性能的影响

图2为MWCNTs织物电极表面电阻随温度的变化曲线。由图2可知,MWCNTs织物电极的表面电阻随温度的上升呈持续下降的趋势,表现为负温度效应。可能存在以下原因:(1)MWCNTs是通过其表面的π电子系统进行电流传导的。低温环境下,导电油墨中附着的其他分子和杂质会产生电子-声子散射,使导电材料MWCNTs中的电子运动和传输受限,电阻增大;温度升高后,分子和杂质会发生热膨胀甚至裂解,并在导电油墨中解离或移动,这将使得MWCNTs与分子、杂质之间的电子-声子散射作用减弱,同时令室温(20 ℃)下表面杂质和功能基团形成的电荷局域化区域减小,电荷转移效率提高,电阻减小[23]。(2)MWCNTs在0～800 K时热膨胀系数为负值[24],TPU的热膨胀系数通常为正值[25],两种材料复合后热膨胀系数可能为正值,电极材料随着温度的升高而热膨胀,体积增加,MWCNTs之间的导电路径变短,电子在MWCNTs之间的传输效率增加,电阻减小。

图2 温度对MWCNTs织物电极表面电阻的影响

2.2 温度对凝胶电解质电化学性能的影响

2.2.1 电化学稳定性窗口

图3对比了PK和PAK凝胶电解质在扫描速率为20 mV/s时的电化学稳定窗口。由图3可知,PK凝胶电解质的电化学稳定性较差,PAK凝胶电解质在-0.8～0.8 V的范围内几乎没有产生法拉第电流,电化学稳定窗口约为1.6 V,满足大多数微型超级电容器对电解质的要求。造成PK凝胶电解质电化学稳定性差的原因主要是KOH浓度较高,因为KOH作为强碱具有较高的电导率和离子活动性,其离子更容易迁移和发生氧化还原反应。PAK凝胶电解质中引入的AA单体属于弱酸,可以调节和稳定电解质溶液的pH值,提供缓冲作用,AA还具有较好的化学稳定性,不易发生分解和氧化还原反应[26]。因此,加入AA单体可以调节KOH浓度,提高电化学稳定性,同时AA上的羟基与KOH能形成离子缔合物,抑制KOH的离子迁移和反应速率,电解质电化学稳定窗口增大。

图3 PK和PAK凝胶电解质在扫描速率为20 mV/s时的电化学稳定窗口

2.2.2 凝胶电解质离子电导率

离子电导率的改善有助于提高电容器的充放电速度、能量密度、循环寿命和工作温度范围[12]28。图4对比了PA和PAK凝胶电解质在宽温度范围内的离子电导率,结果发现PAK凝胶电解质的离子电导率在各温度下都明显高于PK凝胶电解质的。这一方面与KOH、AA单体聚合导致聚合物熔点降低,PVA晶体结构发生一定程度的改变,链的规整性减弱,结晶度减小有关;另一方面与AA和PVA中部分羟基发生了酯化反应,形成了酯键,随后又与加入的氢氧根离子(OH-)发生酯键反应,生成新的酯键和离子交联结构有关。这样,PVA与AA分子之间就会形成相互连接的三维网状交联结构,PAK凝胶电解质相对于PK凝胶电解质拥有更多的交联点,这加快了PVA和KOH之间的交联反应,减少了电解质的电离。AA单体的引入不仅提高了电解质的凝胶化速度,改善了保湿性和稳定性[19]3,还使凝胶电解质表现出更高的离子传导性能。

图4 PK和PAK凝胶电解质在宽温度范围内的离子电导率

由图4还可知,2种凝胶电解质的离子电导率都随温度的升高而增加。这归因于温度升高,溶剂中分子热运动加快,渗透性和流动性增大,PVA对侧基上羟基离子的约束力减小,扩散速度增大,电解质黏度减小[27]。但是,水作为凝胶电解质的介质,当环境温度低于水的冰点0 ℃时,电解质内部的水会被冻结,这将阻碍离子的自由移动,故2种凝胶电解质在-20 ℃的低温环境中离子电导率急剧下降。

2.3 温度对共面结构的纺织基超级电容器电化学性能的影响

2.3.1 循环伏安测试

图5反映了共面结构的2种纺织基超级电容器的电化学性能。图5a)比较了2种纺织基超级电容器在20 ℃下的CV曲线,可知引入AA单体后CV曲线积分面积增大。图5b)的GCD曲线显示,PAK纺织基超级电容器相较于PK纺织基超级电容器,前者充放电时间更长,且能保持等腰形状,表明AA单体的加入可使超级电容器比电容增加,并能保持良好的电容可逆性。图5c)为Nyquist图,可以看出PAK纺织基超级电容器在低频区的线段外推与实轴的夹角更趋于直角,表现为优异的电容行为;相对于PK纺织基超级电容器内阻(340 Ω),引入AA单体后等效串联电阻降至150 Ω,PAK纺织基超级电容器显示出更好的导电性,这归因于PAK凝胶电解质更加优异的电化学稳定性和更大的离子电导率。图5d)显示了PK纺织基超级电容器在20 ℃下静置10 d后,面积比电容较未静置时下降了52.2%,静置30 d后凝胶电解质表面干燥严重,面积比电容下降到未静置时的17.4%。加入AA单体后,未静置的PAK纺织基超级电容器面积比电容较PK纺织基超级电容器的增加了近2倍,静置30 d后面积比电容保持率达到91.0%,稳定性和可靠性明显提高。

因此,鉴于PAK凝胶电解质优异的保湿性、稳定性和导电性,下文的温度探究和分析均针对共面结构的PAK纺织基超级电容器。

图6给出了PAK纺织基超级电容器的CV曲线。

图6 PAK纺织基超级电容器的CV曲线

由图6a)可知,20 ℃下随着扫描速率的提高,CV曲线的积分面积增大,同时图形形状和对称性也保持良好,这表明PAK纺织基超级电容器能够承受快速的充放电过程,具有良好的电化学可逆性。但高扫描速率(500 mV/s)下,由于离子在电极中迁移受限,故曲线形状趋向于柳叶形,且低温环境下也观察到了类似的现象[图6b)]。

由图6c)可知,随着温度的升高,CV曲线的积分面积增大,且每个端电位的电压反转时都有较快的电流响应,这主要与温度升高使得超级电容器的电化学反应速率增大有关。一方面,电极表面电化学活性增加会促进物质的吸附和反应;另一方面,温度的升高会使得电解质的离子电导率和扩散速率提高。Hastak等[28]研究表明,MWCNTs的尖端大部分是打开的。温度升高,电解质中的离子动能增加,离子会渗透到MWCNTs的中央通道中,导致更多的电荷积累。当温度升至60 ℃时,CV曲线正扫描区域偏离原来的矩形形状,氧化峰值更早出现,这与高温环境下凝胶电解质中部分水分蒸发,电解质离子迁移率变小,电极材料与电解质之间的相互作用减弱,最大电压限制窗口减小有关。值得一提的是,夹层结构的超级电容器耐高温研究中并未发现类似的情况[29-31]。与夹层结构的超级电容器相比,共面结构的超级电容器的电极材料与电解质处于同一平面,电解质直接暴露于环境中,与空气的接触面积更大,散热能力更强,只是高温环境下电解质溶液更易蒸发,导致电解质浓度变化,离子迁移能力受影响。

图6d)为低扫描速率(20 mV/s)下的CV曲线,发现:当电位小于1.0 V时,所有CV曲线都较为平坦;随着电位的不断增加,电流突然增加,表明电解质发生了分解[32-33]。高电位的限制随着温度的降低而减小。当温度从60 ℃降低至-20 ℃时,最大工作电压窗口从1.0 V上升至2.4 V。Lang等[34]研究发现,电压窗口的增加只与温度的降低有关。

图6e)和图6f)为模拟工作环境下的CV曲线,可以看出:当温度降低时CV曲线面积减小,当温度升高时CV曲线面积增加,且温度的降低对超级电容器电化学性能的影响更为明显,这与温度降至0 ℃以下时电解质的离子电导率明显降低有关。

2.3.2 交流阻抗测试

在开路电位下对PAK纺织基超级电容器进行交流阻抗测试,以进一步研究电容器对温度的依赖性,以及温度对电化学性能的影响。图7a)为-20～60 ℃温度范围内的Nyquist图。图7b)为图7a)的高频响应区,其中半圆与实轴的第一个交点即对应等效串联电阻Rs,其能反映电解质离子电阻和电极材料本征电阻[35];高频区到中频区的半圆直径反映了相互并联的界面电荷转移电阻Rct和双电层电容Cdl,代表了电极与电解质之间的电荷传输速率[36];低频区直线的斜率体现了Warburg阻抗,用Wo表示,用以表征电解质离子向电极表面孔隙扩散的难易程度[37]。表1为采用Zview程序在1～106Hz范围内拟合Nyquist图所得的等效电路参数。

表1 PAK纺织基超级电容器等效电路参数拟合结果

图7 不同温度及频率下PAK纺织基超级电容器的Nyquist图

由Nyquist图和表1可知,Rs随温度的升高而降低。这一方面是由于PAK凝胶电解质的离子流动性会随温度的升高而增加,离子电导率增大,加之由VTF黏度方程[38]可知黏度会随温度的升高而减小,故超级电容器中电解质的内部电阻减小;另一方面是由于电极与电解质界面的相互作用促进了高温下电解质离子的物理吸附,电容增加,故超级电容器内部电阻降低。

与大部分夹层结构的超级电容器Rct值随温度升高逐渐减小[39]的规律不同,本文研究的共面结构的纺织基超级电容器Rct值在0～40 ℃保持相对稳定,这表明共面结构的纺织基超级电容器其电极与界面反应速率较慢,此范围内温度变化对界面电阻的影响较小。同样,表1中的Cdl,T(线性斜率部分)和Cdl,P(圆弧转折部分)代表电极与电解质界面的电荷转移和电双层电容随时间和电位的变化[40],在-20 ℃和60 ℃下静置后Cdl,T明显增加、Rct有减小趋势,说明较低温或高温环境下长时间放置会明显减弱超级电容器电极和电解质的界面作用。

由图7a)还可知,PAK纺织基超级电容器的Warburg阻抗线段与实轴的夹角偏离理想的90°,且随着温度的升高,Warburg曲线逐渐变短,这规律与大部分柔性超级电容器相似[41-42]。表1中,温度升高,Wo,R、Wo,T、Wo,P逐渐增大,原因在于:(1)温度升高,水分蒸发,电解质浓度增大,电化学阻抗谱中的截止频率受影响;(2)温度降低,电解质离子电导率减小,黏度增加,离子扩散速率减小,Warburg曲线长度增加。

2.3.3 恒电流充放电测试

除了CV曲线外,三角形充放电曲线也可以反映超级电容器的电化学电容特性。

图8a)显示,随着电流密度的增加,充放电时间逐渐缩短,电压-时间响应曲线近似对称,表明超级电容器具有良好的电化学可逆性和典型的双电层电容行为。图8b)显示,耐温测试前超级电容器各温度的面积比电容误差都较小,说明超级电容器的电化学稳定性较好。由图8c)可知,随着温度升高,GCD曲线的放电时间不断延长,表明PAK纺织基超级电容器的面积比电容增大。根据阿伦纽斯定律[43]可知,这与升温导致电化学反应和电子/离子传输增速有关。当温度达到60 ℃时,GCD曲线偏离等腰三角形,高温使PAK纺织基超级电容器充电时间明显延长,电容性能受到影响,这与CV测试结果一致。

图8 不同电流密度及温度下PAK纺织基超级电容器的GCD图

根据GCD放电曲线计算可得到不同温度下的电容性能,具体如图9所示。

图9 根据GCD放电曲线计算得到的不同温度下的电容性能

由图9a)可知,面积比电容(Ca)随着电流密度的增大而减小,随着温度的升高而增大,这表明温度升高可以增加超级电容器存储的电荷密度,充放电电容与温度的强相关性与CV测试结果基本一致。在0.06 mA/cm2的电流密度下,温度为20 ℃时面积比电容为1.57 mF/cm2,电流密度增至2.5倍后其面积比电容仍有1.19 mF/cm2,保持率为75.8%,表明超级电容器倍率性能较好,其超过了很多由碳纳米管组成的柔性织物/膜基超级电容器的电容性能[44-48]。在0.12 mA/cm2的电流密度下,温度为20 ℃时的面积比电容为1.27 mF/cm2,温度升至40 ℃后面积比电容提高了17.03%,升至60 ℃后面积比电容提升了85.12%,这主要是由于温度升高后超级电容器中电解质的黏度减小,离子的运动和扩散速度加快,更多的离子迁移进入MWCNTs电极最内层孔隙中,故电容存储能力大幅提升。而温度降至0 ℃时的面积比电容相比20 ℃时的降低了约12.29%,-20 ℃时的面积比电容下降高达68.74%,这主要归因于0 ℃以下时电解质中水的冻结。

图9b)显示了PAK纺织基超级电容器的储能特性,其能量密度随温度的增加而增加,60 ℃时能量密度增大明显。在20.6 μW/cm2的功率密度下,60 ℃时能量密度为0.24 μWh/cm2,较20 ℃时能量密度增加172%,-20 ℃低温时能量密度较低。

2.3.4 循环寿命

图10反映了电流密度为0.12 mA/cm2时,PAK纺织基超级电容器在低温(-20 ℃)、室温(20 ℃)和高温(60 ℃)下充放电循环4 000次的面积比电容情况。由图10a)可知,在-20 ℃的低温环境下,尽管离子迁移能力较差,但基于碳纳米管的稳定导电性以及超级电容器的电极与电解质良好的界面稳定性,低温环境下长时间运行后面积比电容保持率较高,-20 ℃循环4 000次后面积比电容保持率达87%。图10b)中,20 ℃和60 ℃下充放电循环500次后,面积比电容较未充放电循环时都下降了40%左右,表明前期工作时超级电容器的电容性能会因电解质内部轻度失水而受到影响,但随后又会保持相对稳定。

图10 -20、20、60 ℃温度下的循环性能

3 结论

本文提出在碱性PVA凝胶体系中加入AA单体,以解决PK电解质膜在空气中易失水干燥的问题,结果表明:PAK凝胶电解质膜具有更加优异的电化学稳定窗口和离子电导率,将其与MWCNTs织物电极共面集成制备纺织基超级电容器,在空气中静置30 d后面积比电容保持率为91%,Ca相较于PK纺织基超级电容器增加了近3倍,说明引入AA单体有利于提高超级电容器的稳定性和电化学性能。同时,本文明确了共面结构的纺织基超级电容器的温度效应及其产生机制。由于电极和电解质一体化集成在同一平面,在-20～60 ℃的温度范围内,温度升高会使织物电极表面电阻下降、凝胶电解质的离子电导率提升、电容性能提高,但温度变化对电极与电解质的界面作用影响较小。此外,共面结构的纺织基超级电容器中电解质与空气的接触面积相比夹层结构的超级电容器的更大,散热能力更强,但高温易导致溶液蒸发,电解质浓度改变,进而影响离子的迁移能力,故60 ℃高温环境下电容器热稳定性和循环性能减弱。低温方面,PAK纺织基超级电容器在0 ℃以下时,电解质离子电导率明显减小,电容性能急剧下降。因此,后续需对PAK凝胶电解质的抗冻耐干燥性能做进一步优化。