[发明专利]一种固态不对称超级电容器的制备方法有效

专利信息
申请号: 202010291258.7 申请日: 2020-04-14
公开(公告)号: CN111477464B 公开(公告)日: 2021-08-31
发明(设计)人: 刘瑞来;梁松;张根延;李泽彪;赵瑨云 申请(专利权)人: 武夷学院;武夷山碧空环保科技有限公司
主分类号: H01G11/24 分类号: H01G11/24;H01G11/36;H01G11/48;H01G11/56;H01G11/84;H01G11/86
代理公司: 上海科律专利代理事务所(特殊普通合伙) 31290 代理人: 金碎平
地址: 354300 福建*** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 一种 固态 不对称 超级 电容器 制备 方法
【说明书】:

发明提供了一种固态不对称超级电容器的制备方法,其包括如下步骤:一、配制PVA/LiOH凝胶溶液;二、纳米孔碳纤维负极材料的制备;三、微孔碳纳米管@聚吡咯核‑壳结构正极材料的制备;四、固态不对称超级电容器的封装。该法制备的新型固态不对称超级电容器的制备工艺稳定、易于操作、质量可靠、成本低廉,质量轻,无污染等特点,具有很好的商业化前景。

技术领域

本发明涉及一种固态不对称超级电容器的制备方法,属于新型碳材料和电化学领域。

背景技术

随着全球经济的快速发展,化石燃料消耗造成的能源危机以及环境污染问题日益严峻,迫切需要一种高效、清洁、可持续的能源或者新的技术来转换和储存能量。近年来,能量储存和回收节能装置成为人们研究的新宠,超级电容器作为一种新型的储能装置,以其寿命长、功率高、绿色环保等特点而备受关注,目前已广泛应用于声视频设备、混合动力汽车、大型工业设备和储存设备等领域。超级电容器的电荷存储和性能很大程度依赖于使用的电极材料。因此在超级电容器的研究过程中,人们为寻找各种性能优异的电活性材料而投入大量的工作。

目前超级电容器的电极材料大致可分为三类:碳基材料、导电聚合物和过渡金属化合物。相比于导电聚合物和过渡金属化合物,碳基材料具有较大的比表面积和良好的导电性,但是其比电容较小。因此如何提高碳基材料的比电容成为人们的研究热点。目前主要通过与导电聚合物和过渡金属化合物复合的方法,利用导电聚合物和过渡金属的高比电容和高能量密度,以提高碳基材料的比电容。例如,Shen等人通过而两步合成法将NiCo2S4纳米片负载到氮掺杂泡沫炭(CNF)得到NiCo2S4/CNF复合电极材料。由于多组分特性和三维结构,NiCo2S4/CNF复合电极在电流密度为20A/g下,比电容高达877F/g,能量密度达到45.5wh/kg(Shen L,Wang J,Xu G,et al.Adv.Energy Mat.,2015,5,1400977)。Yang等人以碱式碳酸镍钴(NiCo-CH)纳米纤维和石墨烯为基本单元,采用原位化学转化法,成功构筑了边缘高活性镍钴硫化物(Ni-Co-S)耦合石墨烯的二维复合材料Ni-Co-S/G。由于边缘位Ni-Co-S具有更高的电化学活性和强吸附电解液离子的能力,Ni-Co-S/G表现出较高的比电容(1492F/g)和优异倍率特性(Yang J,Yu C,Fan X,et al.,Energy Environ.Sci,2016,9,1299)。虽然以上方法在一定程度上提高了碳基材料的比电容,但如何进一步提高其比电容成为为目前科学研究的热点。

一般来说超级电容器在不牺牲功率输出和循环寿命条件下,应具有更高的能量密度。能量密度可通过(1)式计算,

E=0.5CΔV2 (1)

其中,E为能量密度(Wh/g),C为比电容(F/g),ΔV为放电电位窗口(V),因此在比电容一定的条件下,提高电位窗口可以提高电容器的能量密度。然而水溶性电解液的电压为0~1.0V,而有机电解液的电压可达到0~3.5V,因此采用有机电解液可以大大提高电容器的能量密度。除此之外,还可以通过组装两个不同电极的电位窗口来扩大装置的工作电压,从而提高电容器的能量密度。

发明内容

为了解决上述问题,本发明提供了一种固态不对称超级电容器的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的:

一种固态不对称超级电容器的制备方法,其包括如下步骤:

分别制备PVA/LiOH凝胶溶液、纳米孔碳纤维负极材料和微孔碳纳米管@聚吡咯核-壳结构正极材料;

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