[發明專利]一種超級電容器用二氧化錳/碳紙復合電極的制備方法

有效

• 申請號: 201410829631.4
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN105788884B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 王紅強;張曉輝;賴飛燕;崔李三;李慶余;黃有國;吳強
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 劉梅芳

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，涉及一種超級電容器電極的制備方法，具體涉及一種超級電容器用二氧化錳/碳紙復合電極的制備方法。

背景技術

超級電容器是一種新型的綠色儲能器件, 其儲能性能介于二次電池和傳統電容器之間，具有比功率高、比容量大、成本低、循環壽命長、充放電效率高等優點, 因此在許多領域具有廣闊的應用。電極材料是超級電容器的核心材料，研究歷史最長、技術最成熟、商業化程度最高的是碳材料, 主要提供雙電層電容, 但比容量低, 能量密度小; 金屬氧化物提供法拉第贗電容, 比容量大、能量密度高, 但導電性和循環穩定性差。

為了結合上述兩種超級電容器電極材料性能之間的優點，可將碳材料與金屬氧化物復合應用于超級電容器領域，而制備融合雙電層電容和贗電容優勢的復合材料已成為電極材料研究的熱點。在金屬氧化物中，由于二氧化錳在自然界中含量豐富、價格低廉、理論比容量高和環境友好等優點被認為是最有前景的電極材料之一。

但是, 二氧化錳的導電性較差且只在表面發生的法拉第贗電容反應，極大地限制了其容量的發揮。

發明內容

本發明針對現有超級電容器存在的制作工藝復雜、原材料成本高、柔性差、電極活性材料在電解質中易溶解或腐蝕等問題，采用簡單快速的水熱方法，直接將二氧化錳沉積在具有大比表面積的片狀碳紙上，利用碳纖維比表面積大和導電性能高的優點，分散二氧化錳，提高其電容利用率。使原位生成的二氧化錳均勻地負載在碳紙表面. 由于由碳纖維形成的碳紙和二氧化錳大面積地接觸及碳紙所具有良好導電性，使得其表面負載的二氧化錳可以充分發生贗電容反應，提高了超級電容器的電化學性能。

本發明是通過以下技術方案實現的，一種超級電容器用二氧化錳/碳紙復合電極的制備方法，具體步驟如下：

（1）碳紙分別用乙醇和去離子水超聲清洗0~1 h后浸泡于去離子水中。

（2）按照化學計量比將KClO₃和MnSO₄^.H₂O溶解，KClO₃和MnSO₄^.H₂O的濃度均為0.02~0.5mol/L, 滴加強酸將溶液的pH值調制0~2，于55~90 ℃的水浴中攪拌0.5~4 h。

（3）將步驟（2）中的溶液倒入聚四氟乙烯內襯的水熱釜中，將步驟（1）的碳紙放入水熱釜，于60~180 ℃反應2~20 h，自然冷卻。

（4）將步驟（3）的產物用去離子水和無水乙醇反復洗滌、抽濾，于80~100 ℃真空干燥12~24 h，得到鑲嵌有二氧化錳的碳紙。

（5）將上述得到的二氧化錳/碳紙復合材料按超級電容器的設計要求沖壓成極片，組裝成超級電容器。

所述的碳紙即作為二氧化錳載體又作為集流體，由碳纖維壓制而成，碳纖維的長度為10~1000 μm，直徑為1~50 μm。

所述的步驟（2）中的強酸為濃硝酸或濃硫酸。

所述步驟（4）中的產物二氧化錳，粒徑為0.01~10 μm。

本發明的有益效果是：

（1）本發明采用普通反應物，通過水熱方法，直接將二氧化錳鑲嵌在具有大比表面積的片狀碳紙上，工藝簡單，成本低。

（2）本發明利用碳纖維比表面積大和導電性能高的優點，分散二氧化錳，提高其電容利用率。

（3）本發明所采用的碳紙由碳纖維組成，具有多孔結構，即可作為二氧化錳載體，又可以直接作為集流體組裝成超級電容器。

（4）本發明制備的二氧化錳/碳紙復合材料表現出良好的電化學行為，具有高比電容值和良好的電化學性能穩定性。

附圖說明

圖1是本發明超級電容器用復合電極的結構示意圖。

圖2是本發明實施例1復合電極的掃描電鏡圖片。

圖3是本發明實施例4復合電極的掃描電鏡圖片。

圖4是本發明實施例的充放電曲線。

其中圖中：其中1-碳紙，2-MnO₂3-實施1制備的電極電極對應的充放電曲線，4-實施例2制備的電極對應的充放電曲線，5-實施例3對應的充放電曲線，6-實施例4對應的充放電曲線。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步闡述本發明，所述實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。

實施例1：

（1）正極材料的合成：