[發明專利]一種鋅離子混合電容器的構筑方法

在審

• 申請號: 201811488072.X
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109524248A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 閻興斌;楊兵軍;陳江濤;程斌斌;馬鵬軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/86;H01G11/06;H01G11/24;H01G11/44;H01G11/62
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明公開了一種鋅離子混合電容器的構筑方法，包括：1）用水與醋酸鉀或高氯酸鈉配置高濃度鹽電解質基礎水溶液；2）在電解質基礎水溶液中加入鋅鹽，配置復合鹽電解液；3）將高比表三維活性炭材料涂覆到金屬極片上，得三維活性炭正極；4）按鋅片、滴加復合鹽電解液的隔膜、三維活性炭正極的順序組裝成鋅離子混合電容器。該鋅離子混合電容器具有高的能量密度和功率密度，性能優異；而且由于所用電解液為水系，安全性能優異。

技術領域

本發明涉及一種混合電容器的構筑方法，尤其涉及一種鋅離子混合電容器的構筑方法，屬于儲能器件領域。

背景技術

混合電容器是將高能量密度的電池負極和高功率密度、長循環壽命的電容正極結合。現有的鋰、鈉和鉀離子混合電容器由于金屬負極對水氧敏感，而無法直接用作電池負極，通常選擇的負極材料需要金屬離子預嵌的方式來實現混合電容器高性能的要求。因而該項技術關鍵比較繁瑣，不利于規模生產，同時所采用有機電解液安全性能較差。由于鋅片在水氧環境下比較穩定，可以直接用鋅片作為負極，相關研究人員開始開發鋅離子混合電容器。【Energy Storage Materials 13 (2018)， 1-7】中報道了一種有機電解液鋅離子混合電容器，由于所有電解液為有機體系，因而存在安全隱患。【Energy Storage Materials13 (2018)， 96-102】中報道了一種水系離子混合電容器，其電位窗口較低，能量密度較低。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋅離子混合電容器的構筑方法。

本發明鋅離子混合電容器的構筑，包括以下步驟：

（1）按水與醋酸鉀或高氯酸鈉1:15~1:27的摩爾比配置高濃度鹽電解質基礎水溶液；

（2）按水與鋅鹽1:0.5~1:2的摩爾比在電解質基礎水溶液加入鋅鹽，配置復合鹽電解液。其中鋅鹽選自醋酸鋅、高氯酸鋅、硫酸鋅；

（3）將上述制備的三維活性炭材料涂覆到金屬極片上，得三維活性炭正極。金屬極片選自鈦片和不銹鋼網；

（4）按鋅片、隔膜（滴加復合鹽電解液）、三維活性炭正極的順序組裝鋅離子混合電容器。

上述步驟（1）中，三維活性炭材料是由以下方法制得：將富氮有機碳前驅置入氣氛爐，按照升溫速度1~10℃/min升溫至500~900 ℃，保溫0.5~2h；降溫至室溫后取出，洗滌、干燥，得到含氮三維碳材料；再將含氮三維碳材料與KOH按1:3~1:8的質量比混合，置于氬氣氣氛爐中，按照1~10 ℃/min速度升溫至500~900℃，保溫0.5~2h；降溫至室溫后取出，洗滌、干燥，得到高比表三維活性炭材料。所述富氮有機碳前驅選自乙二胺四乙酸一鈉鹽、乙二胺四乙酸二鈉鹽、乙二胺四乙酸三鈉鹽、乙二胺四乙酸四鈉鹽。

圖1為所制備的三維活性炭材料TEM照片。從照片中可以看出，所制備材料存在大量孔洞，豐富峰孔洞接口有利于離子的吸脫附，有利于混合電容器性能的提升。

圖2為上述所組裝的鋅離子混合電容器的CV測試。測試電流密度為10、20、50和100A g-1，測試曲線近似矩形，說明良好的動力學性能。從測試曲線可以看出，組裝器件的窗口可達到2V，這同所選擇的的復合電解液有關。高的電位窗口，有利于能量密度的提升。

圖3為上述所組裝高比能鋅離子混合電容器的能量密度和功率密度圖。從圖3中可以看出，所組裝的高比能鋅離子混合電容器具有高的能量密度和功率密度。

本發明相對現有技術具有以下優點：

1、本發明原材料來源豐富、廉價易得，設備要求簡單、產品質量穩定；

2、組裝器件性能優異，由于所用電解液為水系，因而安全性能優異；

3、復合鹽電解液窗口高，能量密度高。

附圖說明