[发明专利]用于超级电容器的纳米多孔电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超级电容器的纳米多孔电极及其制备方法，更详细地，涉及一种通过使用伴随氢气产生的电镀法，在电极表面或电极内部形成多孔，以增加电极的比表面积，从而能够提高电容器的充放电容量、能量密度、功率密度等的用于超级电容器的纳米多孔电极及其制备方法。

背景技术

通常，高性能便携式电源是所有便携式信息通信设备、电子设备、电动汽车等中必须使用的成品设备的核心部件。最近开发的新一代储能系统都利用了电化学原理，其中，锂（Li）基二次电池和电化学电容器（electrochemical capacitor）是其代表。

电化学电容器作为一种利用电极和电解质间的电化学反应引起的电容器特性来存储及供给电能的储能装置，与现有的电解电容器和二次电池相比，其能量密度和功率密度优异，因此作为能够迅速存储或供给大量能量的新概念储能电源，最近受到广泛关注。电化学电容器因在短时间内能够供给大量电流的特性，期待将其广泛应用在电动汽车的备用电源、便携式移动通信设备的脉冲电源、混合动力电动汽车的高功率电源上。

在这种电化学电容器中，能量密度比现有电容器大的超级电容器的开发成为关注的对象，其中，双电层电容器（electrical double layer capacitor:EDLC）和赝电容器（pseudo-capacitor）为代表性的超级电容器，前者利用电极和电解质间产生的双电层（electrical double layer）的原理，后者由伴随电极和电解质间电荷移动的法拉第反应（faradaic reation）产生，如电解质内离子在电极表面上的吸附反应或电极的氧化/还原反应等。其中，赝电容器与EDLC型相比，为一种显示出最高容量大于10倍左右的超高容量的超级电容器（super capacitor）。

超级电容器的电极材料主要使用金属氧化物或导电聚合物，其中作为现有用于超级电容器电极材料最受瞩目的是过度金属氧化物系材料，特别是氧化钌因在水电解质中显示出极高的比电容量、长工作时间、高导电性及优异的高倍率性能，因此被最广泛地研究。

但是，使用这种水电解质时，因水电解质的工作电压被限制在1V，存在能量密度受限的缺点。为此，虽然最近在积极地开发能够在工作电压为2.3V以上的有机电解质中使用的氧化钒、氧化锰、氧化镍、氧化钴等电极材料，但目前为止这些替代电极材料还没有显示出与氧化钌相当的电化学特性。

此外，作为用于增大现有金属氧化物电极的电化学特性的方法的一个环节，将比电容大的金属氧化物电极材料和导电性优异的碳基材料进行复合，以构成碳材料/金属氧化物复合电极的研究成为世界性趋势。

据报道，制备碳基材料和金属氧化物的复合电极的方法有如下糊化法(pasting)，即，在合成金属氧化物时，混合碳基材料制得碳材料/金属氧化物，将该碳材料/金属氧化物再与导电材料、粘合剂混合，制成糊状，或者将已合成的金属氧化物、导电材料及粘合剂与碳材料一起混合，制成糊状后，将其涂布在集电器上。

但是，用这种糊化法制备碳材料/金属氧化物复合电极时，其工序非常复杂，且为需要长时间的多阶段工序，虽然导电材料与粘合剂的使用必不可缺，但这些材料因并没有实际参与显示电极比电容的电化学反应而存在缺点。

因此，在超级电容器的条件中，能够提高能量及功率密度，能够将比表面积增大数百倍的材料的开发，将成为新一代电容器技术先机中最重要的因素。

为此，日本公开专利第1993-198461号中公开了在多孔质形状的导电基体上，使用电镀形成铝层来制备用于电容器的多孔金属电极；日本公开专利第1993-045947号中公开了在发泡树脂上实施电镀，并对所述发泡树脂进行热处理来制备用于电容器的多孔结构电极；日本公开专利第2007-066819号中公开了在多孔质无纺布上依次层叠镍电镀层和铬电镀层来制备用于电容器的电极，但这些都是在已形成气孔的基质上进行电镀来制备电极，存在比表面积受到限制、不能控制比表面积的缺点。

为此，本发明者为解决所述现有技术中存在的问题，经过精心研究的结果，确认了当使用伴随氢气产生的电镀法来制备用于超级电容器的纳米多孔电极时，能够用简单的方法来控制比表面积，且能够增加比表面积，从而完成了本发明。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种通过增加电极的比表面积，能够提高电容器的充放电容量、能量密度/功率密度等的用于超级电容器的纳米多孔电极及其制备方法。