[发明专利]一种用于超级电容器的具有pn结结构的复合材料

说明书

本发明涉及一种用于超级电容器的具有pn结结构的复合材料、超级电容器电极材料及其制备方法，其方法是将p型半导化氧化物粉体与n型半导化氧化物粉体通过物理或化学的办法，使p型氧化物颗粒与n型氧化物颗粒之间形成pn结，这些具有pn结的氧化物颗粒可以提高超级电容器材料电阻值的同时通过pn结快速补偿冲/放电过程的插入电荷，因此避免了碳相关材料或金属粉引入而引起的电阻值大幅度下降的问题，从而大幅度提高工作电压，增加储能密度。本发明方法所获得的复合材料与原始p型氧化物(如MnO₂)相比，除了提高工作电压之外，还可以提高比电容。

技术领域

本发明涉及一种用于超级电容器的具有pn结结构的复合材料、超级电容器电极材料及其制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。根据不同的储能机理，可将超级电容器分为双电层电容器和法拉第赝电容器两大类。其中，双电层电容器主要是通过纯静电电荷，在电极表面进行吸附，来产生存储能量。法拉第赝电容器，主要是通过法拉第赝电容活性电极材料(如过渡金属氧化物)表面及表面附近，发生可逆的氧化还原反应产生法拉第赝电容，从而实现对能量的存储与转换。一般情况下，法拉第赝电容不仅只在电极表面，而且可在整个电极内部产生，因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。在相同电极面积的情况下，法拉第赝电容可以是双电层电容量的10～100倍。其中尤其以 MnO₂为代表的材料，由于其价格低廉，理论上具有很高的比电容，成为超级电容器的明星材料，而获得广泛研究。

目前，超级电容器在汽车的智能启停控制系统(轻型混合动力系统) 中具有广阔的应用背景，尤其在插电式混合动力汽车上的表现更为突出。中微型超级电容器已经在小型机械设备上得到广泛应用，例如电脑内存系统、照相机、音频设备和间歇性用电的辅助设施。而大尺寸的柱状超级电容器则多被用于汽车领域和自然能源采集上。

然而，超级电容器成本较高、能量密度与锂电池相比要低得多，这使它在很多领域备受冷落，在实际应用上却总被电池取代。如果超级电容器在技术上一旦取得突破，将可对新能源产业的发展，产生极大的推动力。

为了提高超级电容器的储能密度，大部分研究集中在提高比电容方面。由于通过提高电子传输速度，也就是降低内电阻对于提高氧化物法拉第超级电容器材料的比电容是相当有效的，所以很多研究工作的研究思路是往氧化物中掺入C粉、金属银粉甚至石墨烯等高导电性物质。尽管这样，可以提高比电容，但是其内电阻的大幅度下降，会导致工作电压也大幅度下降。而电容器的存储能量的多少与工作电压的平方成正比，如这样降低内电阻反而不利于超级电容器的储能密度的提高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种用于超级电容器的具有pn结结构的复合材料、超级电容器电极材料及其制备方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种用于超级电容器的具有pn结结构的复合材料，所述pn结结构为p型半导化金属氧化物与n型半导化金属氧化物形成的pn结。