[發(fā)明專利]一種電極內(nèi)無空白體積的贗電容型纖維狀超級電容器及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010693573.2 | 申請日： | 2020-07-17 |
| 公開（公告）號： | CN111785527B | 公開（公告）日： | 2022-04-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 孟凡成;潘建新;趙一昕 | 申請（專利權(quán)）人： | 廣德天運新技術(shù)股份有限公司 |
| 主分類號： | H01G11/26 | 分類號： | H01G11/26;H01G11/24;H01G11/56;H01G11/84 |
| 代理公司： | 合肥未來知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34122 | 代理人： | 葉丹 |
| 地址： | 242200 安*** | 國省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 電極 空白 體積 電容 纖維狀 超級 電容器 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種電極內(nèi)無空白體積的贗電容型纖維狀超級電容器及其制備方法，屬于能源儲存技術(shù)領(lǐng)域。電容器包括有纖維狀超級電容器電極和連續(xù)、導(dǎo)電多孔狀電容活性的凝膠態(tài)電解質(zhì)，所述凝膠態(tài)電解質(zhì)滲入至纖維狀超級電容器電極內(nèi)部。該發(fā)明首先通過消耗骨架鎳的方法制備出多孔纖維狀電極，之后將制備的電極浸潤進(jìn)入凝膠態(tài)電解質(zhì)并組裝成同軸結(jié)構(gòu)的固態(tài)纖維狀超級電容器。該發(fā)明的突出特點纖維狀電極內(nèi)部不能用于電荷存儲的“空白體積”被去除，電極及電容器體積內(nèi)的空間被活性材料充滿，并且該活性材料能全部用于儲能；此外該纖維狀電極中活性物質(zhì)的生長采用了消耗骨架鎳的方法，基體與活性物質(zhì)結(jié)合緊密，有利于提高器件的電容性能及使用壽命。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于能源儲存技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種贗電容型纖維狀超級電容器及其制備方法，其特點是電極內(nèi)部無空白體積。
背景技術(shù)
超級電容器(Supercapacitors，SC)是一直以來備受關(guān)注且最具應(yīng)用前景的電化學(xué)儲能器件之一。與鋰電池相比，SC具有高的功率密度、較長的循環(huán)壽命以及工作溫度范圍寬等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于電動汽車、智能電網(wǎng)及大功率武器等方面。近年來，隨著可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展，纖維狀超級電容器(Fiber-shaped supercapacitors，F(xiàn)SC)被開發(fā)出來并迅速成為研究熱點。對于FSC來說，纖維狀電極非常重要，其組分、形貌、性能需要科學(xué)選擇和調(diào)制，以獲得最佳的能量存儲和輸出特性。
FSC的組裝模式一般主要有三種，即同軸式、纏繞式和平行式(見附圖1)(劉連梅，翁巍，彭慧勝，丁辛，纖維狀超級電容器的發(fā)展現(xiàn)狀，中國材料進(jìn)展2016,35,81-90)。為了實現(xiàn)最終器件的可穿戴性和柔性，這些器件在制備過程中通常選擇固態(tài)或半固態(tài)的凝膠電解質(zhì)，如非揮發(fā)性的酸(H3PO4，H2SO4)或堿(KOH)與聚乙烯醇(PVA)等的水系混合物。凝膠電解質(zhì)不僅可以作為離子轉(zhuǎn)移的載體介質(zhì)，還可充當(dāng)隔膜以防止電極短路。但是纏繞式和平行式FSC的纖維狀電極之間會積存大量的電解質(zhì)，而電解質(zhì)本身并不能存儲能量。因此，理論計算發(fā)現(xiàn)，對于同樣給定量的電容活性材料，同軸式組裝結(jié)構(gòu)對FSC的體積利用率最高，最有希望獲得最高的器件能量密度(Huisheng Peng,Fiber-Shaped Energy Harvesting andStorage Devices,Heidelberg NewYork Springer,2015)。電極是電容器中電荷存儲及輸送的主體，直接影響器件的結(jié)構(gòu)和形狀，并對器件的性能也起著決定性作用。對于纖維狀超級電容器來說，纖維狀電極非常重要，其組分、形貌及性能需要科學(xué)地選擇和調(diào)制，以獲得最佳的能量存儲及輸出特性(Flexible fiber-shaped supercapacitors:Design,fabrication,and multi-functionalities,Energy Storage Mater.2017,8,85–109)。電容器電極一般包含集流體和電化學(xué)活性材料部分，如果一種材料同時具有良好的導(dǎo)電性和電化學(xué)活性，那么電極可由這一種材料構(gòu)成。如碳納米管(CNT)纖維、石墨烯纖維和導(dǎo)電聚合物纖維等。僅具有導(dǎo)電性、但電化學(xué)活性很差的纖維類材料，如金屬絲和碳纖維等，可通過復(fù)合活性材料來制備電極。既不具有導(dǎo)電性又沒有電化學(xué)活性的纖維，如合成高分子纖維(塑料、橡膠等)和天然纖維(棉線、蠶絲等)，也可制成電極。只是這時需首先通過表面沉積導(dǎo)電組分來賦予這類纖維較高的導(dǎo)電性，然后再引入電容活性材料。
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