[發明專利]兩極室分別添加鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀非對稱超級電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201510023879.6
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104576082B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 鄭偉濤;王浩翔;田宏偉;王家富;張彩;李遷
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01G11/64
• 分類號: H01G11/64;H01G11/30;H01G11/52;H01G11/86;H01G11/84
• 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

技術領域：

本發明屬于化學電源技術領域，尤其是非對稱超級電容器方面，具體涉及一種兩極電解液中分別添加鐵氰化鉀(K₃Fe(CN)₆)和亞鐵氰化鉀(K₄Fe(CN)₆)的非對稱超級電容器及其制備方法。

背景技術：

傳統能源材料的過度使用造成嚴重的環境污染問題，可持續的清潔能源開發與利用勢在必行，能源與環境已經成為21世紀人類面臨的重大問題。超級電容器具有功率密度高、綠色環保、使用壽命長、溫度特性好等優點，將其用于啟動電源，可以保證大功率軍事裝置的順利啟動，也可以將其作為車輛牽引能源，用于電動汽車、軌道客車等。將超級電容器用于電子器件中，可以作為長時間穩定的電源使用。隨著風能、太陽能等可再生能源的大力發展，對于這些儲量巨大并且污染較小的新型能源的有效利用顯得更加重要。超級電容器作為這些能源的存儲與轉換裝置，將太陽能、風能轉化為電能，將所產生的電能進行儲存，在需要的時候將這些能量釋放，提高可再生能源系統和輸電系統的穩定性，起到有效調控的作用。

相對于電池而言，超級電容器存在能量密度低的缺陷，如何提高超級電容器的能量密度成為超級電容器發展的關鍵。水系非對稱超級電容器具有綠色環保、功率密度高、成本低、操作簡便等優點，受到研究者的廣泛關注。正極多采用金屬氧化物、金屬氫氧化物或導電聚合物作為電極活性物質，負極采用活性炭等作為電極活性物質，這種非對稱結構可以擴大超級電容器的工作電位窗口，提高超級電容器的能量密度。研究發現，在這種超級電容器電解液中加入氧化還原物質，可以通過體積和濃度的調控，使得電極與電解液對電容產生不同的貢獻，因而可以大幅度提高超級電容器的能量密度。

申請人已申請的申請號為2014106901745，名稱為“兩極電解液分別添加鐵氰化鉀和對苯二胺的非對稱超級電容器及其制備方法”專利，在氫氧化鈷(Co(OH)₂)-活性炭(AC)非對稱超級電容器中，正極室加入K₃Fe(CN)₆，與Co(OH)₂共存，穩定性和相容性都很好。由于K₃Fe(CN)₆的高活性和良好的氧化還原可逆性作為正極電解質是個很好的選擇。但負極室還原劑的選擇有很大的難度，申請人在上述申請中負極還原物質選擇的是有機物對苯二胺，它的優點是氧化還原電位較負，與K₃Fe(CN)₆的氧化還原電位有較大的差距，對放電有利。但對于離子交換膜來講，難于避免中性有機分子對苯二胺的透過，其自放電增加，且有機分子在水溶液中的溶解度較低，不利于電容器的電容性能。

K₄Fe(CN)₆作為還原劑，不易透過離子交換膜，使電容器兩室的電解質不易互混，因而降低了自放電，提高了電容器電容性能的穩定性。并且K₄Fe(CN)₆在水中溶解度較高，有利于電解質對電容貢獻的提升。因為K₃Fe(CN)₆和K₄Fe(CN)₆恰好是一對氧化還原電對，互為反應物和產物，使電解液的處理簡化。

發明內容：

本發明所要解決的技術問題為提供一種兩極電解液分別添加鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀的非對稱超級電容器及其制備方法，以提供電容器的能量密度。

為了解決以上技術問題，本發明提供的技術方案如下：

一種兩極電解液分別添加鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀的非對稱超級電容器，包括正極、負極、離子交換膜以及電解液，所述離子交換膜位于正負極之間，將電容器的正極室和負極室隔開；

所述電解液為堿性水溶液，且在正極室的電解液中添加有鐵氰化鉀溶液，鐵氰化鉀溶液濃度為0.01～0.5mol/L；負極室的電解液中添加有亞鐵氰化鉀溶液，亞鐵氰化鉀溶液濃度為0.01～0.5mol/L。

一種兩極電解液分別添加鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀的非對稱超級電容器的制備方法，具體步驟如下：

步驟1：將碳材料經過有機溶劑超聲處理，除去有機雜質；將碳材料經過鹽酸或硫酸酸化處理，除去無機雜質提高碳材料比表面積，采用恒電位或恒電流電化學沉積，在經過處理的碳材料上生長氫氧化鈷薄膜，得到氫氧化鈷電極，將其作為超級電容器正極使用；