[发明专利]基于卟啉的超级电容器电极及其制备方法和超级电容器

说明书

本发明涉及一种基于卟啉的超级电容器电极及其制备方法和超级电容器,基于卟啉的超级电容器电极是由集流体、及涂布在集流体上的电极活性物质组成；电极活性物质是由卟啉、乙炔黑和聚四氟乙烯组成；卟啉的结构如下：。本发明的超级电容器依次包括：集流体、电极活性物质、电解液、电极活性物质、及集流体；电极活性物质为上述六种结构中的任意一种。本发明首次提出分别将六种具体结构的卟啉作为电极材料制备超级电容器电极，对电极进行电化学性质测试可知，该电极具有较好的电容特性，比电容能高达60F/g，由此可知该电极非常适合用于超级电容器。本发明采用刮涂法制备基于卟啉的超级电容器电极，其合成工艺简单易行，设备要求低，有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于超级电容器储能技术领域，具体涉及一种基于卟啉的超级电容器电极及其制备方法和超级电容器。

背景技术

超级电容器是上世纪兴起的一种储存能量的电子元件，通常指的是容量达到法拉级别的电容器。与传统的电容器类似，通常是由相互平行的两块电极板和之间的介质构成。与传统的电池相比，通常具有功率密度大，充放电速度快，循环寿命长等优点。根据其电能的储存机理，超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第准电容器(赝电容器)。双电层电容器是通过电极表面对电解质溶液中带电离子的静电吸附来储存电量的电子器件。拥有较大比表面积的碳基材料如活性炭，洋葱碳，衍生碳，石墨烯和碳纳米管都被普遍的应用到双电层电容器电极材料的制作中，具有较好的功率密度和循环性能。另一种为法拉第准电容(赝电容器)，其典型的电极材料通常是过渡金属氧化物，导电聚合物等等，其通过电极材料近表面的氧化还原反应来储存能量，且此过程可逆，便于充放电的进行。电极材料的选择对超级电容器储能性质有着极大的影响，选用合理的电极材料，对电容器储能过程中电荷的转移、能量的储存极为重要，进而影响超级电容器的器件容量、输出功率和使用寿命。

卟啉(porphyrin)是一类由四个吡咯类亚基的α-碳原子通过次甲基桥(＝CH-)互联而形成的大分子杂环化合物。其母体化合物为卟吩(porphin，C₂₀H₁₄N₄)，有取代基的卟吩即称为卟啉。卟啉环有26个π电子，是一个高度共轭的体系，并因此显深色。许多卟啉以与金属离子配合的形式存在于自然界中，如含有二氢卟吩与镁配位结构的叶绿素以及与铁配位的血红素。卟啉或经过修饰的卟啉可以与铁、钴、铝等金属配位，在助催化剂的共同作用下催化二氧化碳与环氧化合物共聚。因此卟啉化合物适合用于电极材料，在本发明之前未见关于卟啉作为超级电容器电极的相关报道。

发明内容

本发明的目的是选用六种具体结构的卟啉作为电极材料制备性能优异的超级电容器电极，进而提供一种基于卟啉的超级电容器电极及其制备方法和超级电容器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种基于卟啉的超级电容器电极，是由集流体、及涂布在所述集流体上的电极活性物质组成；

其特征在于，所述电极活性物质是由卟啉、乙炔黑和聚四氟乙烯组成；

所述卟啉的结构为下述六种结构中的任意一种：

在上述技术方案中，优选所述卟啉、乙炔黑和聚四氟乙烯的质量比为8:1:1。

在上述技术方案中，优选所述集流体为辊压好的泡沫镍。

在上述技术方案中，优选所述集流体的厚度为10-15μm，涂布在集流体上的电极活性物质的质量在1-4mg。

本发明还提供一种基于卟啉的超级电容器电极的制备方法，包括以下步骤：

1)集流体的处理：

用辊压机常温下辊轧集流体，后将集流体放入丙酮中超声，之后放在真空干燥箱中干燥；

2)刮涂法涂布电极活性物质