[发明专利]石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法

说明书

本发明属于储能领域，公开了一种石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法，采用石墨烯/钴铝水滑石复合材料附着于多孔铜箔上做正极，玻璃纤维碳作为隔膜；KOH配铁氰化钾混合溶液作为电解液；石墨烯附着于多孔铜箔作为负极，组装顺序为：负极壳、负极片、玻璃纤维碳隔膜、正极片、金属垫片、金属簧片、正极壳。电解液滴加量为浸润玻璃纤维碳与负极片隔膜。扣式超级电容器封装采用成熟扣式电池封装仪器。本发明制备的石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器具有构造简单、结构紧凑、能量密度高、放电窗口平稳、使用寿命长、成本低等优点。可应用在新能源设备的储能、以及小型电子设备储能等领域。

技术领域

本发明属于储能领域，具体是一种高能量密度与功率密度的石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法。

背景技术

随着经济社会的发展，对于高性能的储能元件的需求越来越高，目前现有的储能元件难以满足多种多样的需求。超级电容器是一种新型储能元件，相比传统的电池元件，具有循环寿命长、功率密度高等特点；相比传统的电容元件其具有能量密度高、电压窗口高等诸多优势。通过不同的材料组合，超级电容器可以满足极多的应用场景的需求例如快速充电的产品、备份能源、电动汽车、风力水力发电、电网控制、内燃机设计、军事装备等。社会生产广泛的需求对于超级电容器的性能提出了越来越高的要求，由于其应用前景广泛，各国对超级电容器的研究投入很大。研究出同时具备高功率密度、高能量密度、长寿命、倍率性能优良的超级电容器组合十分迫切。

电容器的储能机理分为三个大类——双电层原理、赝电容原理、和氧化还原原理，其各有各的优势。双电层原理具有高功率密度和长寿命的特点，但是其能量密度都比较低，实际应用场景受到限制。赝电容和氧化还原原理的电容具有高能量密度的优势，但其功率密度和循环寿命低于双电层原理的电容器。如何在提高储能能力的条件下达到更高循环寿命和功率密度，是现在研究的重点。目前的主要研究方向大都集中于正极材料，如通过参加、修饰、复合、改性等手段提高正极的性能。对于电解液的研究相对较少，对于复合材料加上电解液修饰的研究就更少了。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高能量密度与功率密度的石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法；通过多种材料的复合改进电容器性能，提高插层赝电容超级电容器的能量密度和循环稳定性。通过测试，经过改进的扣式超级电容器相较于传统的石墨烯/钴铝水滑石扣式超级电容器具有能量密度高、循环稳定性好、倍率性能好的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

(1)正极材料制备：按质量取70～80份石墨烯/钴铝水滑石，20～25份导电剂，10～15份粘接剂，混合均均，，加入材料分散剂，混合均匀，制备得正极浆液；

(2)负极材料制备：按质量取70～80份活性炭，20～25份导电剂，10～15份粘接剂，混合均均，加入材料分散剂，混合均匀，制备得均匀负极浆液；

(3)电极片制备：将制备的正极与负极材料浆液分别涂抹于多孔铜箔或泡沫金属上，干燥后使用冲片器分别冲出正极与负极材料，分别得到超级电容器正极片与负极片；

(4)扣式超级电容器组装：准备负极壳，放入负极片后覆盖玻璃纤维碳隔膜，滴入电解液使隔膜被充分浸润，放入正极片后覆盖金属垫片，之后放入金属簧片后覆盖正极壳，压紧扣式超级电容器构件后，放入封口机封口，得到石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器。

进一步，步骤(1)中所述石墨烯/钴铝水滑石采用水热法一步合成，取Co(NO₃)₂·6H₂O:Al(NO₃)₃·9H₂O＝2:1加入质量占总物质量10％的石墨烯后加水搅拌均匀，装入聚四氟乙烯反应釜后，140℃下反应12小时制得石墨烯/钴铝水滑石。