[发明专利]一种基于Zn(OH)2/Co(OH)2复合正极的水系不对称型超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Zn(OH)₂/Co(OH)₂复合正极材料的水系不对称型超级电容器及其制备方法，属于超级电容器技术领域。

背景技术

超级电容器是一种兼具传统电容器和电池优点的新型储能器件。由于它具备高的功率密度、快速的充放电、稳定的循环寿命以及环境友好等优点，近年来得到了世界范围的普遍关注。目前，商业化的超级电容器在水系中能量密度在3～4Wh kg^-1，其较低的能量密度限制了进一步的商业应用。组装不对称超级电容器是一种有效的提高能量密度的方法，其通常由双电层碳材料作为负极材料，赝电容材料作为正极材料组装而成。

赝电容材料主要有金属氧化物/氢氧化物、导电聚合物以其复合物等。其中金属氧化物及氢氧化物具有较高的理论比容量而得到广泛的应用。Co(OH)₂的理论比容量为3460F g^-1，且价格低、环境友好，是一种很有应用前景的电极材料之一。但是大量的研究结果表明的Co(OH)₂循环稳定性较低，因此提高其循环性能，特别是在不对称超级电容器中的循环行为，对于其在超级电容器中的进一步研究有重要的意义。美国专利(US3066178A)制备了Co(OH)₂和Ni(OH)₂复合材料，且表现出较好的电化学性能。Tang等(Electrochim.Acta 2015,161,279)制备得到的不同比例的Co(OH)₂和Ni(OH)₂复合材料在不对称超级电容器中表现出较高的能量密度，但其循环性能(在1500循环后为84.4％)不够理想。

发明内容

针对现有技术中传统的对称型超级电容器存在在水系中能量密度较低的缺陷，而Co(OH)₂/Ni(OH)₂复合材料虽然在不对称超级电容器中表现出较高的能量密度，但存在循环性能差的缺陷，本发明的目的是在于提供一种能量密度较高、且具有优异循环稳定性能的含Zn(OH)₂/Co(OH)₂复合正极的水系不对称性型超级电容器。

本发明的另一个目的是在于提供一种简单、低成本制备所述基于Zn(OH)₂/Co(OH)₂复合正极的水系不对称型超级电容器的方法。

为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种基于Zn(OH)₂/Co(OH)₂复合正极的水系不对称型超级电容器，由正极、负极、隔膜、电解液和外壳组成；

所述的正极是由Zn(OH)₂/Co(OH)₂复合正极材料与乙炔黑和PVDF按质量比70～80:10～15:10～15组成的复合材料涂覆在泡沫镍上得到的Zn(OH)₂/Co(OH)₂复合正极；

所述的Zn(OH)₂/Co(OH)₂复合正极材料是以两个相同钴片分别作为正、负电极，以NaCl和Zn(CH₃COO)₂的混合溶液作为电解液，通过交流电法制备得到。

优选的Zn(OH)₂/Co(OH)₂复合正极材料中Zn(OH)₂和Co(OH)₂的摩尔比为0.1～1:0.1～1。

优选的NaCl和Zn(CH₃COO)₂的混合溶液中NaCl的浓度范围为0.5～3.5mol/L，Zn(CH₃COO)₂的浓度范围为0.005～1mol/L。

本发明采用的交流电法优选使用电流频率为50Hz，电压为3～30V的交流电。

本发明还提供了一种制备基于Zn(OH)₂/Co(OH)₂复合正极的水系不对称型超级电容器的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：制备Zn(OH)₂/Co(OH)₂复合正极材料；