[发明专利]一种水系非对称MnO2/FeWO4超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非对称型超级电容器，具体涉及一种水系非对称MnO₂/FeWO₄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

超级电容器作为一种新型储能器件，兼具电池与传统电容器的双重优势，具有容量大(是普通电容器的10000倍以上)，寿命长，免维护，温度范围宽(-20℃～55℃)，可短路超大功率充放电等特点；在储能式无轨电车、智能电网、可再生能源发电等领域有着极为广泛的应用。以正负极材料储能机理作为区分，超级电容器可分为对称型和非对称型两种，其中正负极材料储能机理相同或相近的为对称型，反之正负极材料储能机理不同的则为非对称型。目前已大规模应用的碳/碳双电层电容器就是对称型超级电容器的代表，其正负极电极材料均为碳材料，都属于双电层电容储能机制。由于正负极电极材料一致，所以在实际应用方面不管是能量密度还是电位窗口都受到了极大的限制。而在非对称型超级电容器中，一般正负电极中有一极或者两极为具有较高比能量的赝电容电极材料，由于正负极氧化还原电对不同，所以组成的器件电位窗口较宽，相对能量密度也较高。因此设计具有非对称型结构的超级电容器是目前发展的趋势。

目前用于超级电容器的电极材料主要有碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物等。首先，碳材料由于比表面积大、化学稳定性好等优点，常被用作双电层电容电极材料，但是能量密度低，使其应用范围受到极大程度的限制。导电聚合物具有高比能量、高比功率和对环境无污染等特点，但目前已开发的导电聚合物材料的热稳定性差，循环性能也有待改善，因此其走向实用化还需要进一步深入研究。而过渡金属氧化物由于其导电性能好，且储能密度为双电层电容器的10-100倍以上，成为近年来研究的热点。RuO₂是目前报道的比电容最高的金属氧化物电极材料，可达到768F g^-1，但RuO₂由于成本太高，易造成环境污染，所以广泛应用困难。因此NiO、Co₃O₄、MnO₂等廉价过渡金属氧化物体系成为了RuO₂的替代者。其中NiO和Co₃O₄因其电位窗口相对较窄(在水系电解质中，NiO/Co₃O₄:0.4-0.5V，MnO₂：0.9-1.0V)，所以其能量密度较低，实际应用意义不高。而MnO₂由于具有与RuO₂类似的一些性质，电位窗口广，且资源丰富、价格低廉、环境友好等优点而成为较为理想的超级电容用电极材料。

通过检索得到一篇中国专利(公开号：CN103366970B)，其一种基于MnO₂与Fe₂O₃纳米结构的柔性非对称超级电容器及其制备方法和应用。制备方法包括以下步骤：制备MnO₂纳米线正极和Fe₂O₃纳米管负极，然后将正极、负极以及电解质和隔膜组装成非对称超级电容器。该方法降低了制作非对称超级电容器的复杂性，所得到的超级电容器，能量密度达到0.47mWh/cm³。此方法简单易行，可规模化生长MnO₂纳米线和Fe₂O₃纳米管并制备性能优良的非对称超级电容器。然而该这种MnO₂与Fe₂O₃纳米结构的柔性非对称超级电容器采用的是固态电解质，所以功率密度比较低，循环稳定性较差；尤其其体积能量密度不高，且价格昂贵，因此仅适用于小型电源及自驱动系统。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种具有高质量能量密度和良好循环稳定性能的超级电容器。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种水系非对称MnO₂/FeWO₄超级电容器，该超级电容器包括正极、负极、水性电解液和隔膜，所述正极电极材料为MnO₂，负极电极材料为FeWO₄。