[發明專利]采用凝膠聚合物電解質的聚合物超電容器及其制作方法

無效

• 申請號: 02104183.0
• 申請日: 2002-03-15
• 公開（公告）號: CN1383168A
• 公開（公告）日: 2002-12-04
• 發明（設計）人: 周嘯;肖強鳳;姜翠玲;馮天富
• 申請（專利權）人: 清華大學;湖南湘怡中元科技股份有限公司
• 主分類號: H01G9/028
• 分類號: H01G9/028
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種超電容器，特別涉及以導電高分子為活性材料組成的超電容器的結構及其制備方法，屬于電子器件技術領域。

背景技術

超電容器是以導電聚合物為電極組成的電容器，與傳統電容器相比，超電容器具有非常高的電容量，此外還具有高的放電功率、快速充放電能力、長循環壽命等優點，若與電動汽車中的動力電池聯用，可在啟動和爬坡時快速提供大電流及大功率；在正常行駛時給電容器充電。

以導電聚合物為活性材料的超電容器比貴金屬氧化物電極成本低，具有更大的發展前途和競爭力。其工作原理是：通過在電極上聚合物中發生快速可逆的n型或p型元素摻雜和去摻雜過程，即氧化還原過程，使聚合物達到很高的儲存電荷密度。由于電荷可在整個聚合物材料的體積內儲存，所以可以形成很高的法拉第準(贗)電容。另外還可通過分子設計和材料設計來進一步優化聚合物電極的性能。因而將會有很好的發展前景。現有技術中以導電高分子為活性材料的超電容器基本上有三種類型，I型超電容器是以兩種相同的p型摻雜的導電聚合物為電極；II型的超電容器以兩種不同的p型摻雜的導電聚合物為電極；III型超電容器中一個電極為p型摻雜的導電聚合物，另一個電極為n型摻雜的導電聚合物。

文獻“Catia?Arbizzani，et?al?Electrochemica?Acta，41(1)：21-26，1996”公開了一種以聚噻吩(PMTh)和聚吡咯(PPy)兩種不同的p型摻雜的導電聚合物為電極的超電容器，是采用液體電解質的，液體型超電容器存在著不易封裝及漏液問題。在“S.Panero?A.Clemente?Solid?State?Ionics?86-88(1996)1285-1285”中公開了一種采用質子或者鋰離子導電的聚合物為電解質，但卻是以兩種相同的p型摻雜的導電聚合物為電極的I型超電容器。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用凝膠聚合物電解質的聚合物超電容器及其制備方法，旨在簡化聚合物超電容器的制作工藝，并克服漏液問題。

本發明是通過如下技術方案實現的：一種采用凝膠聚合物電解質的聚合物超電容器，以兩種不同的p型摻雜的導電聚合物為電極，該電容器含有電流收集極I、導電聚合物電極I、電解質、導電聚合物電極II、電流收集極II，其特征在于：所述的電解質采用凝膠聚合物電解質，所述凝膠聚合物電解質采用聚偏氟乙烯或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物為基體的鋰離子聚合物電解質。

本發明所述的超電容器的導電聚合物電極，其導電聚合物電極I采用聚吡咯，其導電聚合物電極II采用聚甲基噻吩或甲基噻吩-甲氧基噻吩共聚物。

一種制作如權利要求1所述聚合物超電容器的方法，該方法包括如下步驟：

(1)以不銹鋼或碳紙為電流收集極，在其上分別制成聚吡咯導電聚合物電極I和聚甲基噻吩或甲基噻吩-甲氧基噻吩共聚物導電聚合物電極II；

(2)制備凝膠聚合物電解質：在丙酮中加入偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物顆粒，將其完全溶解，然后再將0.5～2M/L的高氯酸鋰的碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯(1∶1)溶液加入到偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的丙酮溶液中，使各組分充分混合，制成凝膠狀聚合物電解質溶液；

(3)將制成的凝膠聚合物電解質溶液分別涂覆在已經制作好的導電聚合物電極I和導電聚合物電極II的一側表面，在室溫下使丙酮自然揮發，然后將兩個電極粘合在一起；

以甲基噻吩-甲氧基噻吩共聚物制作導電聚合物電極II，所述甲基噻吩-甲氧基噻吩共聚物按如下方法制備：

以碳酸丙二酯作溶劑，以1～0.001M/L濃度的六氟磷酸四丁基銨(Bu)₄NPF₆為支持電解質，甲基噻吩和甲氧基噻吩(2∶1～15∶1)混合物的總濃度為0.002～0.5M/L，將體系保持在-10～25℃范圍內，采用三電極法聚合，以不銹鋼薄片或碳紙作工作電極和對電極，以銀/氯化銀電極為參比電極，然后充氮氣10分鐘，用恒電流(j＝0.1～10mA/cm²)和循環伏安相結合的方法合成甲基噻吩-甲氧基噻吩的共聚物，總共聚合時間為600～20000s。

本發明聚合物超電容器的比電容高，可達25F/g，并具有良好的環境穩定性和使用壽命。由于本電容器中采用了凝膠聚合物電解質膜，故不存在漏液問題，而且比液體電解質超電容器更容易組裝，對環境不會造成污染。

附圖說明

圖1為本發明的超電容器的結構示意圖。

圖2為采用兩電極法在電壓的掃描速率為0.004V/s時電容器的循環伏安曲線。