[发明专利]一种全赝电容对称超级电容器及其制备方法

说明书

本发明提出了一种全赝电容对称超级电容器及其制备方法，全赝电容对称超级电容器包括正极、负极、集流体、设置于正负极之间的隔膜和电解液，所述正极与负极以铁酸镍及其复合材料为活性物质。全赝电容对称超级电容器的制备方法以各种方法制备的纳米碳材料(碳纳米管阵列、石墨烯泡沫等)担载的NiFe₂O₄复合材料为正负极，以KOH水溶液或NaOH水溶液为电解质溶液，构建水系的全赝电容对称超级电容器。本发明提出的双极性NiFe₂O₄电极及全赝电容对称电容器的制备方法，简化了正负电极的制备工艺，具有绿色环保、操作简便、易于规模化制备的优点。并且根据本发明的制备方法得到的对称超级电容器能量密度及功率密度高，并具有良好的倍率性能。

技术领域

本发明涉及超级电容，尤其涉及一种全赝电容对称超级电容器及其制备方法。

背景技术

随着社会和经济的进一步发展，能源和环境问题日益受到人们的关注。超级电容器又称电化学电容器，是一种重要的电化学能量存储装置，具有功率密度高、循环寿命长、使用温度范围广、环境友好、以及能瞬间大电流快速充放电等特点，因此在新能源汽车、特殊载重汽车、电力、通信、国防、消费类电子产品等领域有着巨大的应用价值和市场潜力。然而与传统的化学电池相比，超级电容器较低的能量密度极大限制了其大规模实际应用，因此，在保证高功率密度的前提下，提高超级电容器的能量密度日益成为人们研究的重点。

改善超级电容器的能量密度通常有两种方法，一种是提高器件的工作电压，另一种方法是提高电极材料的比电容。将不同储能机理的电极材料组装成非对称电容器，利用正负极材料极化电位的差异拓宽电容器的工作电压窗口，是提高电容器工作电压的有效途径。常规的非对称超级电容器，通常由一个具有赝电容特性的赝电容电极与一个通过双电层储能的碳材料电极组成。由于正负电极通常采用不同的制备方法，因此不可避免地增加了超级电容器的制备成本。

铁酸镍(NiFe₂O₄)由于成本低廉、对环境友好，并且具有较高的理论比电容而被认为是重要的赝电容材料。在铁酸镍的反尖晶石结构点阵中，Ni²⁺与半数Fe³⁺占据八面体间隙，而另半数Fe³⁺则占据点阵的四面体间隙。由于Ni²⁺/Ni³⁺及Fe³⁺/Fe²⁺在水系介质中的氧化还原电位分别位于正电压与负电压范围，因此NiFe₂O₄是一种可能的双极性赝电容材料。已有研究表明，NiFe₂O₄电极在水性电解质溶液中既可在正电压窗口、也可在负电压窗口工作。然而，以NiFe₂O₄同时用作正极和负极材料构筑的对称电容器，目前尚未见由报道。

尽管与单金属氧化物相比，NiFe₂O₄具有更高的电导率和电化学活性，但其比电容和倍率性能仍难以令人满意。因此，在分级多孔结构的碳材料骨架上原位生长NiFe₂O₄活性物质，是制备高性能NiFe₂O₄复合电极的可行方法。

发明内容

本发明的目的旨在解决上述问题，提供一种能够同时在水性电解质中用作正极和负极的赝电容材料的全赝电容对称超级电容器。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种全赝电容对称超级电容器，其包括正极、负极、集流体、设置于正负极之间的隔膜和电解液，所述正极与负极以铁酸镍及其复合材料为活性物质。

作为本发明的一种全赝电容对称超级电容器中，所述电解液为Na₂SO₃、Na₂SO₄以及KOH水溶液中的任意一种。