專(zhuān)利名稱(chēng)：電化學(xué)電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以二氧化錳/活性碳為電極的電化學(xué)電容器，是一種可以輸出大功率的儲(chǔ)能器件。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案的基本構(gòu)成包括電極柱[1]、殼體[2]、連接線[3]、活性碳電極[4]、二氧化錳電極[5]、隔膜[6]、電解液[7]。其中活性碳電極[4]是將活性碳(AC)、石墨、聚四氟乙烯按適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量比壓在泡沫鎳上，作為陰極；二氧化錳電極[5]是將二氧化錳(MnO2)、乙炔黑、石墨、聚四氟乙烯按適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量比壓在泡沫鎳上，作為陽(yáng)極；制做過(guò)程中同時(shí)保證陰陽(yáng)極質(zhì)量比為1.2～1.5；上述兩者之間夾以無(wú)紡布，作為隔膜[6]。將這樣組成的數(shù)個(gè)單體用鎳絲作連接線[3]，搭配好正負(fù)極裝入不銹鋼殼體[2]內(nèi)，殼體[2]內(nèi)灌入具有一定PH值，一定濃度的硫酸銨((NH4)2SO4)電解液[7]，并從連接線[3]上引出電極柱[1]。其單體工作電壓可達(dá)1.6V，用24個(gè)這樣單體組成的混合電容器工作電壓可達(dá)36V以上，比容量為0.07F/g。與單一的活性碳電容相比，在同一工作電壓下，比容量提高80％(注單一活性碳電容單體工作電壓為1V，36個(gè)單體組成的36V活性碳電容比容量為0.039F/g)，比能量提高二倍左右。另外為了降低二氧化錳的制做成本，可采用如下的傳統(tǒng)方法制備納米水合二氧化錳將一定質(zhì)量的高錳酸鉀和硫酸錳分別制成稀溶液，在一定PH值下強(qiáng)烈攪拌一定時(shí)間，成為乳狀液、離心、過(guò)濾、干燥、研磨后得到棕黑色粉末狀二氧化錳(MnO2)。
如

圖1所示的二氧化錳/活性碳混合電容器的主要構(gòu)成包括電極柱[1]、殼體[2]、連接線[3]、活性碳電極[4]、二氧化錳電極[5]、隔膜[6]、電解液[7](圖中無(wú)法示出)。其中活性碳電極[4]是將活性碳(AC)、石墨、聚四氟乙烯(PTFE)以8∶1∶1質(zhì)量比混合壓制在泡沫鎳上，作為陰極；二氧化錳電極[5]是將二氧化錳(MnO2)、乙炔黑、石墨、聚四氟烯(PTFE)以6.5∶1.5∶1∶1質(zhì)量比混合壓制在泡沫鎳上，作為陽(yáng)極；制做過(guò)程中同時(shí)保證陰陽(yáng)極質(zhì)量比為1.2～1.5。陰陽(yáng)極之間以無(wú)紡布做為隔膜[6]。將這樣組成的數(shù)個(gè)單體使用鎳絲作連接線[3]，搭配好極性，裝入不銹鋼制做的殼體[2]內(nèi)，灌入一定濃度的PH值為3～8的硫酸銨((NH4)2SO4)作為電解液[7]從連接線[3]引出兩個(gè)電極柱[1]。納米水合二氧化錳(MnO2)的制備方法如下將0.01mol的KMnO4和0.02mol的MnSO4的稀水溶液在PH值為10.5±0.1下反應(yīng)18小時(shí)，同時(shí)激烈攪拌得到乳狀液，以3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速離心過(guò)濾，80℃下干燥、研磨得到棕黑色粉末狀二氧化錳。
用上述方法制得的陰極、陽(yáng)極和混合電容器的性能如圖2、圖3和圖4所示，其中如圖3所示的二氧化錳電極在硫酸銨中的循環(huán)伏安圖是以2mol·L-1(NH4)2SO4溶液作電解液，飽和甘汞電極作參比電極，MnO2電極作研究電極構(gòu)成三電極體系測(cè)試研究電極的電容性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明研究電極在0.15～0.9V(相對(duì)于飽和甘汞電極)的電位范圍內(nèi)，容量達(dá)150F/g，經(jīng)過(guò)1500次循環(huán)容量保持90％以上。
如圖2所示的活性碳電極在硫酸銨中循環(huán)伏安圖是以2mol·L-1(NH4)2SO4溶液作電解液，飽和甘汞電極作參比電極，金屬鉑片作輔助電極，活性碳電極作研究電極構(gòu)成三電極體系測(cè)試研究電極的電容性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明研究電極在-0.75～0.75V(相對(duì)于飽和甘汞電極)的電位范圍內(nèi)，均能表現(xiàn)出電容性質(zhì)，但是其陰極性能明顯優(yōu)于陽(yáng)極性能，用恒電流充放電測(cè)得活性碳電極在-0.75～0.15V(相對(duì)于飽和甘汞電極)的電位范圍內(nèi)容量達(dá)200F/g左右，經(jīng)過(guò)1500次循環(huán)容量保持90％以上。在0.15～0.75V(相對(duì)于飽和甘汞電極)的電位范圍內(nèi)容量?jī)H為108F/g左右。
如圖4所示的二氧化錳/活性碳混合電容器的恒電流充放電曲線是以活性碳電極作陰極，MnO2電極作陽(yáng)極，兩者活性物質(zhì)質(zhì)量比為1∶1.3，以2mol·L-1(NH4)2SO4溶液作電解液，無(wú)紡布作隔膜，方形不銹鋼作殼體，按圖1所示制成電容器。用恒電流充放電測(cè)試電容器的性能，結(jié)果如圖4所示。由圖四可知電容器工作電壓為1.6V，容量達(dá)143F(活性物質(zhì)總質(zhì)量為3.472g)。
實(shí)驗(yàn)表明二氧化錳/活性碳混合電容器具有較高的比容量和比能量，有較廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)電容器，其特征在于它由電極柱[1]、殼體[2]、連接線[3]、活性碳電極[4]、二氧化錳電極[5]、隔膜[6]、電解液[7]構(gòu)成，其中活性碳電極[4]是將活性碳、石墨、聚四氟乙稀按適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量比壓在泡沫鎳上，作為陰極；二氧化錳電極[5]是將二氧化錳、乙炔黑、石墨、聚四氟乙稀按適當(dāng)質(zhì)量比壓在泡沫鎳上，作為陽(yáng)極；上述兩者之間夾以無(wú)紡布作為隔膜[6]；將這樣組成的數(shù)個(gè)單體用鎳絲作連接線[3]，搭配好正負(fù)極裝入不銹鋼殼體[2]內(nèi)，殼體[2]內(nèi)灌入PH值為3～8，濃度為1.0～3.5mol/L的硫酸銨電解液[7]，并從連接線[3]上引出兩個(gè)電極柱[1]。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電容器，其特征在于陰陽(yáng)極活性物質(zhì)的質(zhì)量比為1.2～1.5。
全文摘要
一種電化學(xué)電容器,可作為一種大功率輸出的新型儲(chǔ)能裝置。它包括兩個(gè)電極柱、殼體、連接線、活性炭和二氧化錳電極、隔膜和電解液。這種二氧化錳/活性炭混合電容器較單一的活性炭電容器具有較大的比容量和比能量,因而也具有較廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01G9/155GK1369886SQ02104899
公開(kāi)日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2002年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月6日
發(fā)明者張密林, 閃星 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)