專(zhuān)利名稱(chēng)：一種液流膺電容疊加的超級(jí)電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池和電容器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及雙電層電容器的超級(jí)電容器，特別涉及通過(guò)液體電解質(zhì)氧化反應(yīng)提供膺電容疊加于炭雙電層電容器的超級(jí)電容器。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)靜電電容器和化學(xué)電池之間的一種新型儲(chǔ)能器件，具有充電速度快、放電功率高及造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。以活性炭為電極的超級(jí)電容器，能量存儲(chǔ)于雙電層中的為雙電層電容器；能量存儲(chǔ)于以過(guò)渡金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔锏姆ɡ苎趸€原反應(yīng)的為膺電容器。以過(guò)渡金屬氧化物為電極的電容器，其能量存儲(chǔ)有兩種機(jī)理。一種是通過(guò)電極中活性組分化合價(jià)的變化，溶液中陽(yáng)離子在材料表面吸附/脫附過(guò)程存儲(chǔ)能量；另一種是通過(guò)金屬氧化物的法拉弟反應(yīng)，溶液中陽(yáng)離子嵌入/脫出材料層狀或隧道結(jié)構(gòu)過(guò)程中存儲(chǔ)能量。這兩種過(guò)程中，電解質(zhì)只提供吸附/脫附或嵌入/脫出過(guò)程的陽(yáng)離子或陰離子。電解質(zhì)本身由于陽(yáng)離子和陰離子化合價(jià)態(tài)的穩(wěn)定而并不發(fā)生氧化還原反應(yīng)?，F(xiàn)有技術(shù)中只有單純的炭-炭對(duì)稱(chēng)型電容器和金屬氧化物及導(dǎo)電聚合物膺電容器。沒(méi)有通過(guò)液流電解質(zhì)氧化還原反應(yīng)提供能量的膺電容器及將炭-炭雙電層電容器與液流膺電容器相結(jié)合的電容器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于電解液氧化還原反應(yīng)提供膺電容的新型超級(jí)電容器，在炭-炭對(duì)稱(chēng)型電容器中可同時(shí)產(chǎn)生雙電層電容和法拉弟膺電容，提高電容器的比容量和循環(huán)壽命。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種液流膺電容疊加的超級(jí)電容器，包括炭正極、炭負(fù)極、 隔膜和提供液流膺電容的電解質(zhì)，其特征在于所述炭正極和炭負(fù)極的材料組分相同，材料組份包括活性炭、導(dǎo)電劑和聚四氟乙烯粘接劑；所述隔膜為接枝聚丙烯紙，所述炭正極和炭負(fù)極由隔膜隔開(kāi)，置于電解質(zhì)中。所述炭正極和炭負(fù)極各組分含量為活性炭為80-85%，導(dǎo)電劑為10-15%，聚四氟乙烯粘接劑為5-10%。所述導(dǎo)電劑是導(dǎo)電炭黑或乙炔黑。所述電解質(zhì)包括K/e (CN) 6或K3Fe (CN) 6溶液，溶液濃度為0. 1 1. Omol/L。所述電解質(zhì)還包括含Mn37Mn2+、C037C02+、Ce47Ce3+、Fe37Fe2+等氧化還原電對(duì)或離子溶液中的一種。本發(fā)明的基本原理是由于K4[Fe (CN)6]是一種有效的電子轉(zhuǎn)移試劑，它可通過(guò) Fe (CN) 64—轉(zhuǎn)化為佝(CN) 63—而參與氧化還原的反應(yīng)。本發(fā)明就是在炭-炭對(duì)稱(chēng)型電容器中， 加入K4[Fe(CN)6]電解液，通過(guò)該電解液的氧化還原反應(yīng)提供膺電容，并疊加于雙電層電容。電子轉(zhuǎn)移試劑不僅僅是 K4 [Fe (CN) 6]，含 Mn37Mn2+、Co3+/Co2\ Ce4+/Ce3\ Fe3+/Fe2+ 等氧化還原電對(duì)或離子的溶液都可作為本發(fā)明的電解質(zhì)。本發(fā)明的有益效果是一方面通過(guò)炭-炭對(duì)稱(chēng)型電容器提供雙電層電容，由于炭電極比表面較大且循環(huán)壽命長(zhǎng)，因此可具有較大的雙電層電容；另一方面通過(guò)具有氧化還原性質(zhì)的電解質(zhì)提供膺電容，電解質(zhì)陰離子吸附于活性炭正極，發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成膺電容并疊加于雙電層電容之上，從而提高了整個(gè)電容器的比容量和循環(huán)壽命，且價(jià)格低廉、 安全環(huán)保。


本發(fā)明共有附圖二幅，其中圖1為活性炭對(duì)稱(chēng)型電容器在0. IM K4Fe (CN)6溶液中的循環(huán)伏安曲線(xiàn)QmV · s—1)圖2為活性炭對(duì)稱(chēng)型電容器在0. IM Kfe(CN)6溶液中的恒流充放電曲線(xiàn) (250mA ·
具體實(shí)施實(shí)例下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1:炭正極和炭負(fù)極制備將活性炭粉、導(dǎo)電炭黑和聚四氟乙烯(PTFE)按質(zhì)量比 85 10 5混合，在瑪瑙研缽內(nèi)充分研磨，然后軋制成厚度約為Imm的薄片.裁取直徑為 IOmm的圓片，壓在泡沫鎳集流體上，干燥后用作電極。將兩片相同的電極用厚度為0. Imm的接枝聚丙烯無(wú)紡布隔開(kāi)，置于K4Fe (CN)6溶液中，組裝成對(duì)稱(chēng)型電化學(xué)電容器，電解質(zhì)溶液 K4Fe(CN)6 溶液濃度為 0. 1 1. Omol/L0實(shí)施例2:炭正極和炭負(fù)極制備將活性炭粉、導(dǎo)電炭黑和聚偏氟乙烯(PVFE)按質(zhì)量比 80 10 10混合，調(diào)成漿料，然后涂布在20μπι的鋁箔上，經(jīng)干燥、碾壓、裁片制成電極片。 將兩片相同的電極用厚度為0. Imm的接枝聚丙烯無(wú)紡布隔開(kāi)，置于Kfe(CN)6溶液中，組裝成對(duì)稱(chēng)型電化學(xué)電容器，Kfe(CN)6溶液濃度為0. lmol/L。實(shí)施例3:炭正極和炭負(fù)極制備將活性炭粉、導(dǎo)電炭黑和聚四氟乙烯(PTFE)按質(zhì)量比 85 10 5混合，在瑪瑙研缽內(nèi)充分研磨，然后軋制成厚度約為Imm的薄片.裁取直徑為 IOmm的圓片，壓在泡沫鎳集流體上，干燥后用作電極。將兩片相同的電極用厚度為0. Imm的接枝聚丙烯無(wú)紡布隔開(kāi)，置于酸性MnSO4溶液中，組裝成對(duì)稱(chēng)型電化學(xué)電容器。實(shí)施例4 炭正極和炭負(fù)極制備將活性炭粉、導(dǎo)電炭黑和聚四氟乙烯(PTFE)按質(zhì)量比 85 10 5混合，在瑪瑙研缽內(nèi)充分研磨，然后軋制成厚度約為Imm的薄片.裁取直徑為 IOmm的圓片，壓在泡沫鎳集流體上，干燥后用作電極。將兩片相同的電極用厚度為0. Imm的接枝聚丙烯無(wú)紡布隔開(kāi)，置于酸性Co (NO3)2溶液中，組裝成對(duì)稱(chēng)型電化學(xué)電容器。實(shí)施例5 炭正極和炭負(fù)極制備將活性炭粉、導(dǎo)電炭黑和聚四氟乙烯(PTFE)按質(zhì)量比 85 10 5混合，在瑪瑙研缽內(nèi)充分研磨，然后軋制成厚度約為Imm的薄片.裁取直徑為
4IOmm的圓片，壓在泡沫鎳集流體上，干燥后用作電極。將兩片相同的電極用厚度為0. Imm的接枝聚丙烯無(wú)紡布隔開(kāi)，置于酸性Ce (NO3)2溶液中，組裝成對(duì)稱(chēng)型電化學(xué)電容器。實(shí)施例6 炭正極和炭負(fù)極制備將活性炭粉、導(dǎo)電炭黑和聚四氟乙烯(PTFE)按質(zhì)量比 85 10 5混合，在瑪瑙研缽內(nèi)充分研磨，然后軋制成厚度約為Imm的薄片.裁取直徑為 IOmm的圓片，壓在泡沫鎳集流體上，干燥后用作電極。將兩片相同的電極用厚度為0. Imm的接枝聚丙烯無(wú)紡布隔開(kāi)，置于酸性I^eSO4溶液中，組裝成對(duì)稱(chēng)型電化學(xué)電容器。
權(quán)利要求
1.一種液流膺電容疊加的超級(jí)電容器，包括炭正極、炭負(fù)極、隔膜和提供液流膺電容的電解質(zhì)，其特征在于所述炭正極和炭負(fù)極的材料組分相同，材料組份包括活性炭、導(dǎo)電劑和聚四氟乙烯粘接劑；所述隔膜為接枝聚丙烯紙，所述炭正極和炭負(fù)極由隔膜隔開(kāi)，置于電解質(zhì)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種液流膺電容疊加的超級(jí)電容器，其特征在于所述炭正極和炭負(fù)極各組分含量為活性炭為80-85 %，導(dǎo)電劑為10-15 %，聚四氟乙烯粘接劑為5-10 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種液流膺電容疊加的超級(jí)電容器，其特征在于所述導(dǎo)電劑是導(dǎo)電炭黑或乙炔黑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種液流膺電容疊加的超級(jí)電容器，其特征在于所述電解質(zhì)包括K/e (CN) 6或Kfe (CN) 6溶液，溶液濃度為0. 1 1. Omol/L0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種液流膺電容疊加的超級(jí)電容器，其特征在于所述電解質(zhì)還包括含Mn37Mn2+、Co3+/Co2\ Ce4+/Ce3\ Fe3+/Fe2+氧化還原電對(duì)或離子溶液中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種液流膺電容疊加的超級(jí)電容器，包括炭正極、炭負(fù)極、隔膜和提供液流膺電容的電解質(zhì)，炭正極和炭負(fù)極的材料組分相同，材料組份包括活性炭、導(dǎo)電劑和聚四氟乙烯粘接劑；隔膜為接枝聚丙烯紙，炭正極和炭負(fù)極由隔膜隔開(kāi)，置于電解質(zhì)中。由于采用有別于傳統(tǒng)電容器的具有氧化還原性質(zhì)的電解質(zhì)溶液，在對(duì)稱(chēng)型炭電容器可同時(shí)產(chǎn)生雙電層電容和由液體電解質(zhì)提供的膺電容，因此提高了電容器的比容量。這種具有液流電池和超級(jí)電容性能的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)在交通、通訊、國(guó)防等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01G9/042GK102280266SQ201110144020
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者田穎 申請(qǐng)人:大連交通大學(xué)