[发明专利]镁离子混合超级电容器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种镁离子混合超级电容器及其制备方法，涉及超级电容器技术领域，该镁离子混合超级电容器，包括正极、负极以及介于正极与负极之间的隔膜和电解液，正极包括能够吸附和脱附镁盐阴离子的正极活性材料层，负极包括能够嵌入和脱嵌镁离子的负极活性材料层；负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料为非碳材料。利用该镁离子混合超级电容器缓解了现有技术的镁离子混合超级电容器的工作电压低、比容量低和能量密度低的问题，达到了提高工作电压、比容量和能量密度的技术效果。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，尤其是涉及一种镁离子混合超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器又被称之为电化学电容器，其主要组成为：正极、负极、电解液、隔膜。它是一种被视为介于传统电容器和锂离子电池体系之间的新型储能体系，主要由双电层或电极界面上迅速可逆的吸附和脱附或氧化还原反应(赝电容)进行储能，相比与其他储能体系，超级电容器具有循环寿命长、充电快、高功率密度、绿色环保、工作温度范围宽等优点，被广泛应用于交通运输、电力、通信、智能仪表、工业控制、国防、消费型电子产品、新能源汽车等众多领域。

然而，超级电容器由于是通过电极材料的可逆吸附/脱附电解液离子来储能，其能量密度较低。近年来，科研工作者为了能够进一步提高超级电容器的能量密度，成功开发了一种新型的电容器-非对称型电容器，又被称为混合超级电容器。在这种超级电容器中，一个电极使用双电层电极材料进行吸脱附反应储能，另一电极运用传统的电池电极，从而通过电化学氧化还原反应来储能。这种类型的电池具有更高的比容量和工作电压，因此其能量密度显著高于双电层电容器。对于混合超级电容器研究开发，目前大量工作主要集中在基于锂盐电解液的锂离子混合超级电容器，通过锂离子的迁移从而实现电荷的吸附(或存储)和脱附(或释放)。比如高立军等人(申请号为CN201020135552.0)发明了一种混合超级电容器，其正极活性物质为活性炭，负极活性物质为钛酸锂，电解液为锂离子电解液，该电容器体系能够在大电流的情况下保持高容量，良好循环稳定性与长寿命。但是上述类型的锂离子混合超级电容器面临着锂资源储量有限、成本高的缺点。寻找低成本、高性能的混合超级电容器成为日益关注的热点。

目前，行业内对镁离子混合超级电容器的研究还不多，且目前利用镁离子研究制备出的电容器的工作电压和能量密度较低，工作电压一般为0.5-2.5V，能量密度在10Wh/kg左右，无法满足现代工业设备和交通设备的需要。

发明内容

本发明的第一目的在于提供镁离子混合超级电容器，以缓解现有技术的镁离子电容器工作电压低、比容量低和能量密度较低无法满足工业设备和交通设备的需求的技术问题。

本发明的第二目的在于提供镁离子混合超级电容器的制备方法，以缓解现有技术的镁离子混合超级电容器的工作电压低、比容量低和能量密度低的问题。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种镁离子混合超级电容器，包括正极、负极以及介于所述正极与所述负极之间的隔膜和电解液，所述正极包括能够吸附和脱附镁盐阴离子的正极活性材料层，所述负极包括能够嵌入和脱嵌镁离子的负极活性材料层；所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料为非碳材料。

进一步的，所述负极活性材料包括谢弗雷尔相材料、混合谢弗雷尔相材料、过渡金属硫化物、过渡金属硒化物、过渡金属碲化物或过渡金属氧化物的一种或至少两种的组合。

进一步的，所述谢弗雷尔相材料为Mo₆T₈，其中，T＝S、Se或Te。

进一步的，所述混合谢弗雷尔相材料为Mo₆S_8-ySe_y和Cu_xMo₆S₈的混合物；其中：x≈1；y＝1或2。