[发明专利]一种基于废旧锌-锰干电池碳包的混合式超级电容器

说明书

本发明涉及一种基于废旧锌‑锰干电池碳包的混合式超级电容器及其制备方法，属于电化学储能器件及组装技术领域。以固体回收的锌‑锰干电池碳包为活性物质，聚偏氟乙烯为粘合剂，乙炔黑为导电剂，涂覆在集流体上得正极工作电极；以氮掺杂碳包覆磷酸钛钠为活性物质，聚偏氟乙烯为粘合剂，乙炔黑为导电剂，涂覆在集流体上得负极工作电极；将正极工作电极和负极工作电极按涂有活性物质的一面相对叠合，正、负极之间加隔膜，使隔膜饱和吸附电解液，密封，得混合式超级电容器。所述混合式超级电容器在0.5 A/g下循环2000圈，容量保持率（相对于首圈）80‒95%，比能量保持为14‒17 W h/kg，对应的比功率为503 W/kg。

技术领域

本发明涉及一种基于废旧锌-锰干电池碳包的混合式超级电容器及其制备方法，属于电化学储能器件及组装技术领域。

背景技术

超级电容器又称为电化学电容器，它具有功率密度高、循环寿命长、安全和成本低的优点；但与电池相比，超级电容器能量密度低。依据超级电容器能量密度(E)计算公式E =CV²/2（Adv Mater 2017, 29, 1700804.），其中C和V分别为器件的比容量和工作电势窗口，提高器件的比容量或工作电势窗口均可提高器件的能量密度。鉴于V在公式中是平方项，扩大器件的工作电势窗口更有利于提高器件的能量密度。

利用有机电解液可以使对称式超级电容器的电势窗口扩大至4.3 V，使得其能量密度接近于锂离子电池（Angewandte Chemie 2013, 52, 3722.）；但是，有机系超级电容器成本高、环境不友好、有安全隐患。基于水溶液电解液的超级电容器能够克服有机系超级电容器的上述缺点，但由于水的稳定电势窗口为1.23 V，这限制了基于水溶液电解液的对称式超级电容器的能量密度。有些非有机系电解液，例如中性碱金属硫酸盐水溶液（Energy Environmental Science 2012, 5,9611.）、“盐包水（water-in-salt）”电解液（Science 2015, 350, 938.）或离子液（Scientific reports 2014, 4, 7260.），其稳定电势窗口可分别扩大至1.9、3.0、3.5 V。

获得高输出电势的另一种有效策略是构建混合式超级电容器。混合式超级电容器又称为非对称式超级电容器，它是由电容型或赝电容型电极和电池型电极组成的（Nature materials 2008, 7, 845.）。换言之，混合式超级电容器中的电极材料有两种类型，一类是适合用作超级电容器的电极材料，如石墨等；另一类是适合用作离子电池的电极材料，如磷酸钛盐、锰酸锂等。