[發明專利]一種基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態超級電容器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010940809.8
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112038109A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 吳春;陳磊;樓雪純;賈傳坤
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H01G11/56
• 分類號: H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態超級電容器，其特征在于，氧化還原電解液包括支持電解質、氧化還原活性物質和溶劑；對稱型全固態超級電容器包括正、負極電極材料、隔膜以及正、負極電極材料之間的聚合物凝膠電解質；其中：支持電解質為酸性或中性支持電解質，其濃度為500mmol L^-1～5000mmol L^-1；氧化還原活性物質選用溴化物或碘化物，其濃度為5mmol L^-1～500mmol L^-1；溶劑為水系溶劑或有機系溶劑。

2.根據權利要求1所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態超級電容器，其特征在于，支持電解質為硝酸、甘氨酸、硫酸、鹽酸中的一種或兩種以上，氧化還原活性物質為碘化鈉、碘化鉀、碘化鈣、碘化鋰中的一種或兩種以上，溶劑為水、乙醇、聚碳酸酯PC和乙腈AN的中的一種或兩種以上。

3.根據權利要求1所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態超級電容器，其特征在于，氧化還原電解液為酸性電解液。

4.一種權利要求1至3之一所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態超級電容器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)電極處理

將碳基電極切至所需片狀尺寸1cm×1.5cm×0.125cm，置于濃硫酸中浸泡處理1～2h，用大量去離子水清洗兩次以上后，置于鼓風干燥箱中干燥，得到預處理電極；

(2)隔膜處理

將隔膜切至所需薄膜尺寸1.5cm×2cm×0.0061cm，用去離子水清洗表面可能含有的雜質，置于裝有去離子水的燒杯中，得到預處理隔膜；

(3)聚合物凝膠電解質制備

采用氧化還原電解液、聚乙烯醇混合加熱攪拌而成，氧化還原電解液為支持電解質、氧化還原活性物質、溶劑攪拌而成，具體步驟：向去離子水中加入聚乙烯醇使其在燒杯中均勻混合，置于油浴鍋中加熱攪拌直到聚乙烯醇完全溶解且溶液呈透明狀態，再向其中加入氧化還原電解液，得到聚合物凝膠電解質；

(4)對稱型全固態超級電容器組裝

將上述制備的聚合物凝膠電解質分別涂覆于兩塊面積一樣的電極材料上作為全固態超級電容器的正極和負極，在空氣環境中干燥待聚合物凝膠電解質成型；在全固態超級電容器的正、負極電極之間放入隔膜，將其疊壓、靜置、干燥；

(5)對稱型全固態超級電容器密封

用密封材料進行封裝，即得到具有三明治結構的對稱型全固態超級電容器。

5.根據權利要求4所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態超級電容器的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，碳基電極材料為碳布、碳紙、聚丙烯腈基碳氈、聚丙烯腈基固化碳氈之中的任意一種，干燥溫度為40～60℃，干燥時間為4～6h。

6.根據權利要求4所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態超級電容器的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，隔膜為磺化聚醚酮隔膜(Speek)、全氟磺酸樹脂隔膜(Nafion)、NKK隔膜中的任意一種。

7.根據權利要求4所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態超級電容器的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，聚合物凝膠電解質中的聚乙烯醇與去離子水的質量比例為1:10、1:20或1:30，加入氧化還原電解液10mL、20mL或30mL；制備聚合物凝膠電解質的溫度為50℃～150℃，攪拌時間為1h～5h。

8.根據權利要求4所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態超級電容器的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，對稱型全固態超級電容器置于室溫中干燥時間為8h～12h。

9.根據權利要求4所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態超級電容器的制備方法，其特征在于，步驟(5)中，密封材料為濾紙或導電膠。