[發(fā)明專(zhuān)利]用于超級(jí)電容器的納米多孔電極及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280011931.0
• 申請(qǐng)日: 2012-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103503101A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭澯和;鄭明奇;賽爾希·馳勒夫克
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 成均館大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)
• 主分類(lèi)號(hào): H01G11/26
• 分類(lèi)號(hào): H01G11/26;B82Y40/00;C25D7/04
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 崔香丹;洪燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于超級(jí)電容器的納米多孔電極及其制備方法，更詳細(xì)地，涉及一種通過(guò)使用伴隨氫氣產(chǎn)生的電鍍法，在電極表面或電極內(nèi)部形成多孔，以增加電極的比表面積，從而能夠提高電容器的充放電容量、能量密度、功率密度等的用于超級(jí)電容器的納米多孔電極及其制備方法。

背景技術(shù)

通常，高性能便攜式電源是所有便攜式信息通信設(shè)備、電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)等中必須使用的成品設(shè)備的核心部件。最近開(kāi)發(fā)的新一代儲(chǔ)能系統(tǒng)都利用了電化學(xué)原理，其中，鋰（Li）基二次電池和電化學(xué)電容器（electrochemical?capacitor）是其代表。

電化學(xué)電容器作為一種利用電極和電解質(zhì)間的電化學(xué)反應(yīng)引起的電容器特性來(lái)存儲(chǔ)及供給電能的儲(chǔ)能裝置，與現(xiàn)有的電解電容器和二次電池相比，其能量密度和功率密度優(yōu)異，因此作為能夠迅速存儲(chǔ)或供給大量能量的新概念儲(chǔ)能電源，最近受到廣泛關(guān)注。電化學(xué)電容器因在短時(shí)間內(nèi)能夠供給大量電流的特性，期待將其廣泛應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)的備用電源、便攜式移動(dòng)通信設(shè)備的脈沖電源、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的高功率電源上。

在這種電化學(xué)電容器中，能量密度比現(xiàn)有電容器大的超級(jí)電容器的開(kāi)發(fā)成為關(guān)注的對(duì)象，其中，雙電層電容器（electrical?double?layer?capacitor:EDLC）和贗電容器（pseudo-capacitor）為代表性的超級(jí)電容器，前者利用電極和電解質(zhì)間產(chǎn)生的雙電層（electrical?double?layer）的原理，后者由伴隨電極和電解質(zhì)間電荷移動(dòng)的法拉第反應(yīng)（faradaic?reation）產(chǎn)生，如電解質(zhì)內(nèi)離子在電極表面上的吸附反應(yīng)或電極的氧化/還原反應(yīng)等。其中，贗電容器與EDLC型相比，為一種顯示出最高容量大于10倍左右的超高容量的超級(jí)電容器（super?capacitor）。

超級(jí)電容器的電極材料主要使用金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔铮渲凶鳛楝F(xiàn)有用于超級(jí)電容器電極材料最受矚目的是過(guò)度金屬氧化物系材料，特別是氧化釕因在水電解質(zhì)中顯示出極高的比電容量、長(zhǎng)工作時(shí)間、高導(dǎo)電性及優(yōu)異的高倍率性能，因此被最廣泛地研究。

但是，使用這種水電解質(zhì)時(shí)，因水電解質(zhì)的工作電壓被限制在1V，存在能量密度受限的缺點(diǎn)。為此，雖然最近在積極地開(kāi)發(fā)能夠在工作電壓為2.3V以上的有機(jī)電解質(zhì)中使用的氧化釩、氧化錳、氧化鎳、氧化鈷等電極材料，但目前為止這些替代電極材料還沒(méi)有顯示出與氧化釕相當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)特性。

此外，作為用于增大現(xiàn)有金屬氧化物電極的電化學(xué)特性的方法的一個(gè)環(huán)節(jié)，將比電容大的金屬氧化物電極材料和導(dǎo)電性?xún)?yōu)異的碳基材料進(jìn)行復(fù)合，以構(gòu)成碳材料/金屬氧化物復(fù)合電極的研究成為世界性趨勢(shì)。

據(jù)報(bào)道，制備碳基材料和金屬氧化物的復(fù)合電極的方法有如下糊化法(pasting)，即，在合成金屬氧化物時(shí)，混合碳基材料制得碳材料/金屬氧化物，將該碳材料/金屬氧化物再與導(dǎo)電材料、粘合劑混合，制成糊狀，或者將已合成的金屬氧化物、導(dǎo)電材料及粘合劑與碳材料一起混合，制成糊狀后，將其涂布在集電器上。

但是，用這種糊化法制備碳材料/金屬氧化物復(fù)合電極時(shí)，其工序非常復(fù)雜，且為需要長(zhǎng)時(shí)間的多階段工序，雖然導(dǎo)電材料與粘合劑的使用必不可缺，但這些材料因并沒(méi)有實(shí)際參與顯示電極比電容的電化學(xué)反應(yīng)而存在缺點(diǎn)。

因此，在超級(jí)電容器的條件中，能夠提高能量及功率密度，能夠?qū)⒈缺砻娣e增大數(shù)百倍的材料的開(kāi)發(fā)，將成為新一代電容器技術(shù)先機(jī)中最重要的因素。

為此，日本公開(kāi)專(zhuān)利第1993-198461號(hào)中公開(kāi)了在多孔質(zhì)形狀的導(dǎo)電基體上，使用電鍍形成鋁層來(lái)制備用于電容器的多孔金屬電極；日本公開(kāi)專(zhuān)利第1993-045947號(hào)中公開(kāi)了在發(fā)泡樹(shù)脂上實(shí)施電鍍，并對(duì)所述發(fā)泡樹(shù)脂進(jìn)行熱處理來(lái)制備用于電容器的多孔結(jié)構(gòu)電極；日本公開(kāi)專(zhuān)利第2007-066819號(hào)中公開(kāi)了在多孔質(zhì)無(wú)紡布上依次層疊鎳電鍍層和鉻電鍍層來(lái)制備用于電容器的電極，但這些都是在已形成氣孔的基質(zhì)上進(jìn)行電鍍來(lái)制備電極，存在比表面積受到限制、不能控制比表面積的缺點(diǎn)。

為此，本發(fā)明者為解決所述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)精心研究的結(jié)果，確認(rèn)了當(dāng)使用伴隨氫氣產(chǎn)生的電鍍法來(lái)制備用于超級(jí)電容器的納米多孔電極時(shí)，能夠用簡(jiǎn)單的方法來(lái)控制比表面積，且能夠增加比表面積，從而完成了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提供一種通過(guò)增加電極的比表面積，能夠提高電容器的充放電容量、能量密度/功率密度等的用于超級(jí)電容器的納米多孔電極及其制備方法。