[发明专利]一种水系非对称超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，具体涉及一种水系非对称超级电容器及其制备方法。 

背景技术

超级电容器又称超大容量电容器或电化学电容器，是一种重要的电化学能量存储与转换装置。超级电容器具有功率密度高、能瞬间大电流快速充放电、循环寿命长、使用温度范围广、环境友好、成本低廉等特点，是真正绿色能源。它在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、通信、国防、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。然而与传统的化学电池相比，超级电容器的能量密度较低，限制了它的应用范围。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种水系非对称超级电容器。 

本发明的另一目的在于提供上述水系非对称超级电容器的制备方法。 

本发明的具体技术方案如下： 

一种水系非对称超级电容器，包括正极、负极和电解质溶液，所述正极的材料为氧化石墨烯/聚吡咯复合材料，所述负极为碳材料，所述电解质溶液为水溶性电解质溶液。 

在本发明的一个优选实施方案中，所述碳材料为活性炭、纳米碳纤维、碳纳米管或石墨烯，所述水溶性电解质溶液为Na₂SO₄或K₂SO₄水溶液。 

在本发明的一个优选实施方案中，所述水溶性电解质溶液的浓度为0.5～10mol/L。 

本发明的另一技术方案如下： 

一种上述水系非对称超级电容器的制备方法，包括如下步骤： 

（1）制备氧化石墨烯/聚吡咯复合材料； 

（2）制备氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极； 

（3）制备碳材料负极； 

（4）以所述水溶性电解质溶液为基础组装成所述水系非对称超级电容器。 

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（1）具体如下：将氧化石墨超声分散于去离子水中形成氧化石墨烯溶液，然后加入吡咯单体，配成氧化石墨烯与吡咯单体的混合溶液，再加入对苯甲磺酸钠和过硫酸铵，在0～5℃下反应12～36h；将反应后的混合溶液抽真空过滤，再用水冲洗，真空干燥，即得到的所述氧化石墨烯/聚吡咯复合材料。 

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（2）具体如下：将步骤（1）制得的氧化石墨烯/聚吡咯复合材料、石墨、聚四氟乙烯混合，加入NMP球磨5～10h制成浆体，最后将浆体涂覆在泡沫镍上，真空烘干，压制成薄片，得到氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极。 

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（3）具体如下：将碳材料、石墨、聚四氟乙烯混合，加入NMP球磨5～10h制成浆体，最后将浆体涂覆在泡沫镍上，真空烘干，压制成薄片，得到碳材料负极。 

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤（4）具体如下：根据正极与负极的工作电压和比电容对氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极与碳材料负极 进行裁剪，以多孔聚丙烯薄膜为隔膜，以水溶性电解质溶液为基础，组装成水系非对称超级电容器。 

本发明的有益效果是： 

本发明的水系非对称超级电容器，包括正极、负极和电解质溶液，所述正极的材料为氧化石墨烯/聚吡咯复合材料，所述负极为碳材料，所述电解质溶液为水溶性电解质溶液，其工作电压范围为0.8～1.8V，比电容可达到水系碳材料对称超级电容器的1.5～3倍，能量密度可提高4～10倍，功率密度可提高2～6倍。 

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。 

实施例1 

（1）将氧化石墨超声分散于去离子水中形成浓度为4mg/mL的氧化石墨烯溶液，然后加入质量是氧化石墨10倍的吡咯单体，配成氧化石墨烯与吡咯单体的混合溶液，再加入对苯甲磺酸钠和过硫酸铵至浓度为0.03mol/L（根据需要在0.01～0.05mol/L范围内调整），在0～5℃下反应24h（根据需要在12～36h范围内调整）；将反应后的混合溶液抽真空过滤，再用水冲洗3～5次，在100℃下（根据需要在40～120℃范围内调整）真空干燥，即得到所述氧化石墨烯/聚吡咯复合材料。 

（2）将步骤（1）制得的氧化石墨烯/聚吡咯复合材料、石墨、聚四氟乙烯按质量比85:10:5混合，加入5ml/1g NMP球磨8h（根据需要在5～10h范 围内调整）制成浆体，最后将浆体涂覆在泡沫镍上，100℃下真空烘干，用10MPa压力压制成薄片，得到氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极。