[發明專利]非對稱式超級電容器的制作方法

在審

• 申請號: 201410503506.4
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104269281A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 鄭偉濤;趙翠梅;鄧霆;王欣;田宏偉;張恒彬
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

1.非對稱式超級電容器的制作方法，包括電容器正、負電極體系即電極材料和電極液的制備和組裝，其特征在于:

正極所用電極材料為氫氧化鈷/石墨烯復合電極材料，電解液為氫氧化鉀/鐵氰化鉀的混合電解液；負極所用的電極材料為活性碳/碳纖維紙，電解液為氫氧化鉀/對苯二胺的混合電解液，實現固體電極和液體電解液同時提供比電容，具體步驟包括：

步驟A：將基底材料置于真空裝置中，在保護氣體氬氣氛圍加熱至預定溫度，通入反應氣體，待溫度達到反應溫度時，保溫一段時間，使氣體混合均勻；

步驟B：利用等離子體增強化學氣相沉積法，調整反應氣體分壓，設定射頻功率及濺射時間，在基底上沉積少層石墨烯，使碳源氣體、氬氣在射頻電源的作用下離化、分解成為等離子體，通過化學反應，最終在基底上沉積出少層石墨烯；

步驟C：反應結束后，停止通入反應氣體，繼續通保護氣體，冷卻至室溫；

步驟D：將沉積少層石墨烯的泡沫鎳電極浸入裝有硝酸鈷電解液的電解槽中，硝酸鈷電解液濃度0.02～1M，并將電解槽置于恒溫水浴槽內，升溫至預定溫度35～65℃，保溫一段時間，使電化學沉積系統維持恒溫；

步驟E：將恒壓恒流電源的電位或電流調整至實驗所需數值，按實驗預定沉積電量在硝酸鈷溶液中進行電化學沉積；電解完畢后，用去離子水多次清洗電極，自然晾干即可得到氫氧化鈷/石墨烯電極；

步驟F：以氫氧化鈷/石墨烯復合電極為正電極，以氫氧化鉀/鐵氰化鉀混合水溶液為正極電解液，構建正電極體系；

步驟G：取適量的Nafion溶液注入無水乙醇，超聲處理，使粘結劑與溶劑充分混合，再加入一定質量比的活性碳、導電石墨及粘結劑，經過超聲處理和高速攪拌一段時間，得到活性材料漿料；

步驟H：量取適量的漿料，在N₂氣的驅動下由氣動噴筆向集流體碳纖維紙均勻噴涂細小的液滴；

步驟I：把噴涂好的活性碳/碳紙電極放入真空干燥箱中退火處理；

步驟J：以活性碳/碳紙電極作為負電極，以氫氧化鉀/對苯二胺混合水溶液為負極電解液，構建負電極體系；

步驟K：以構建的正負電極體系分別作為正負電極，組裝非對稱式電化學電容器，正負電極體系以選擇透過性隔膜隔開，使得鉀離子自由通過，其它電解液離子不能透過。

2.如權利要求書1所述的非對稱式超級電容器的制作方法，其特征在于:

所述電容器正電極材料的制備如步驟A，所述基底材料選自泡沫鎳、鎳片或鈦片常用基底材料；所述真空裝置內的背景壓強在10Pa以下；所述保護氣體氬氣流速為10～40sccm，壓強為100～500Pa；所述反應氣體為碳源氣體；所述反應溫度在600～900℃；所述保溫時間為5～30min之間。

3.如權利要求書2所述的非對稱式超級電容器的制作方法，其特征在于:

所述電容器正電極材料的制備如步驟A，所述碳源氣體選自包括甲烷在內的烴類，反應溫度選為800℃，升溫速率為20℃/min；保溫時間10min。

4.如權利要求書1所述的非對稱式超級電容器的制作方法，其特征在于:

所述電容器正電極材料的制備如步驟B，所述反應氣體壓強選400～1200Pa之間，射頻功率為100～400W，濺射時間為10～50min，反應溫度為600～900℃，反應氣體與濺射氣體流量配比為20：60～20：120，單位為sccm，標準狀態毫升/分。

5.如權利要求書4所述的非對稱式超級電容器的制作方法，其特征在于:

所述電容器正電極材料的制備如步驟B，所述射頻功率選為200W，濺射時間為30min，反應溫度為800℃，反應氣體與濺射氣體流量配比為20：80。

6.如權利要求書1所述的非對稱式超級電容器的制作方法，其特征在于:

所述電容器正電極材料的制備如步驟D，保溫時間選10min以上。

7.如權利要求書1所述的非對稱式超級電容器的制作方法，其特征在于:

所述電容器正電極材料的制備如步驟E，沉積電量恒定0.1～5×10^-3Ah/cm²，硝酸鈷電解液濃度0.02～1M，電化學沉積溫度優選35～65℃，沉積電位-0.6～-1.2V。