[發(fā)明專利]基于活性炭/葉綠素銅鈉復(fù)合電極的超級(jí)電容器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811451365.0
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN109326457A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阮凱斌;陳偉明;朱廣超;陳麗敏;王玉柱;胡啟昌;龍博;吳義炳;張洪
• 申請（專利權(quán)）人: 福建農(nóng)林大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/30
• 分類號(hào): H01G11/30;H01G11/34;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及了一種基于活性炭/葉綠素銅鈉復(fù)合電極的超級(jí)電容器，包括電解質(zhì)，所述電解質(zhì)的上側(cè)從上至下設(shè)置有集流體和電極，所述電解質(zhì)的下側(cè)從上至下設(shè)置有電極和集流體；所述電極為活性炭/葉綠素銅鈉復(fù)合電極。本發(fā)明采用的活性炭是常用的超級(jí)電容器電極材料，與葉綠素銅鈉一樣來源非常豐富，成本較低又綠色環(huán)保；其中葉綠素銅鈉既可作為超級(jí)電容器的電極材料使用，同時(shí)在復(fù)合電極中又兼做導(dǎo)電劑，可在保持超級(jí)電容器性能的基礎(chǔ)上，替代其它用于活性炭電極的相對(duì)高成本導(dǎo)電劑，從而降低基于活性炭的超級(jí)電容器的制作成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于活性炭/葉綠素銅鈉復(fù)合電極的超級(jí)電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

在影響超級(jí)電容器的性能因素中，電極材料是最關(guān)鍵的因素。目前用于超級(jí)電容器電極的材料主要分為三類，包括：炭電極材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電聚合物材料。其中，以炭材料制作的炭電極最為普遍。碳材料是研究最早、應(yīng)用最廣泛，同時(shí)也是商業(yè)化最為成熟的電極材料的主要分支。應(yīng)用于超級(jí)電容器電極的碳材料包括活性炭，碳?xì)饽z，碳納米管以及石墨烯等。碳材料的主要優(yōu)點(diǎn)包括可比表面積（SSA）大，電導(dǎo)率高，孔徑的尺寸大且分布廣，質(zhì)量小，環(huán)保，且儲(chǔ)量豐富等，是適宜的商業(yè)化電極材料。在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)于把不同的碳材料應(yīng)用于各種電化學(xué)儲(chǔ)能裝置中有很大興趣，不同維度的納米碳電極材料也相繼出現(xiàn)，如納米纖維，納米管，石墨烯及多孔碳材料等。這些納米材料因具有極高的比表面積，特殊的尺寸效應(yīng)以及獨(dú)特的電特性因而進(jìn)一步推動(dòng)了炭電極材料的應(yīng)用。

超級(jí)電容器用活性碳的成本相對(duì)較低、制備技術(shù)比較成熟、制備工藝簡單，是雙電層電容器的首選電極材料，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。但是，活性炭材料的體積比容量和穩(wěn)定性有待提高。另外，活性炭本身導(dǎo)電性比較差，導(dǎo)致內(nèi)阻增加，需要添加其它導(dǎo)電劑，以改善碳電極材料的內(nèi)阻；活性炭的孔徑也因太小因而不能使電解液有效通過，以活性炭制備的雙電層電容的實(shí)際電容只有理論電容的10-20%。因此需要尋找改善活性炭電極性能的方法，以進(jìn)一步推動(dòng)活性炭電極的研究和應(yīng)用；目前應(yīng)用于活性炭電極的導(dǎo)電劑主要是導(dǎo)電炭黑，后來也有石墨烯等也作為導(dǎo)電劑添加進(jìn)活性炭電極。但這些導(dǎo)電添加劑價(jià)格過高，阻礙其進(jìn)一步開拓市場的潛力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于活性炭/葉綠素銅鈉復(fù)合電極的超級(jí)電容器，該超級(jí)電容器是以活性炭/葉綠素銅鈉為電極材料的柔性對(duì)稱固態(tài)超級(jí)電容器，其中葉綠素銅鈉又兼做導(dǎo)電劑。由于葉綠素銅鈉原料來源豐富，制作簡單，成本較低，兼之導(dǎo)電性較好，可替代導(dǎo)電炭黑、石墨烯等，應(yīng)用于超級(jí)電容器的電極材料上，以其制作的超級(jí)電容器既保持活性炭超級(jí)電容器的良好性能，又可降低其制作成本，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于活性炭/葉綠素銅鈉復(fù)合電極的超級(jí)電容器，包括電解質(zhì)，所述電解質(zhì)的上側(cè)從上至下設(shè)置有集流體和電極，所述電解質(zhì)的下側(cè)從上至下設(shè)置有電極和集流體；所述電極為活性炭/葉綠素銅鈉復(fù)合電極。

進(jìn)一步地，所述集流體為銅箔、鋁箔、不銹鋼箔片、泡沫鎳和泡沫銅中的一種。

進(jìn)一步地，所述電解質(zhì)為KOH-PVA混合物、H₂SO₄-PVA混合物、離子液體電解質(zhì)和有機(jī)系電解質(zhì)中的一種。

進(jìn)一步地，所述活性炭/葉綠素銅鈉復(fù)合電極由活性炭、葉綠素銅鈉和粘結(jié)劑PVDF制成，其中活性炭與葉綠素銅鈉質(zhì)量比為(1:9)~(9:1)，活性炭和葉綠素銅鈉的總質(zhì)量與粘結(jié)劑PVDF的質(zhì)量比為9：1。

上述基于活性炭/葉綠素銅鈉復(fù)合電極的超級(jí)電容器的制備方法包括以下步驟：

（1）將活性炭、葉綠素銅鈉和粘結(jié)劑PVDF溶于有機(jī)溶劑NMP后，再經(jīng)超聲混勻后磁力攪拌4h，得活性炭/葉綠素銅鈉復(fù)合電極漿料；