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

在審

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• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112038109A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳春;陳磊;樓雪純;賈傳坤
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號: H01G11/56
• 分類號: H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明屬于全固態(tài)超級電容器領(lǐng)域，具體為一種基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態(tài)超級電容器及其制備方法。電解液是由支持電解質(zhì)、氧化還原活性物質(zhì)及溶劑形成，全固態(tài)超級電容器是由正負(fù)極電極材料、聚合物凝膠電解質(zhì)和隔膜組成。這種通過氧化還原電解液制備的新型全固態(tài)超級電容器比傳統(tǒng)電解液全固態(tài)超級電容器體系提供更好的電化學(xué)性能。本發(fā)明采用方法簡單，引入氧化還原活性物質(zhì)可以明顯提高比電容、保持長循環(huán)穩(wěn)定性以及優(yōu)異的倍率性能，同時使得做制備的全固態(tài)超級電容器有高比電容、高功率密度、高能量密度，顯示了良好的電化學(xué)性能。從而，解決傳統(tǒng)電解液的性能差及穩(wěn)定性不佳等問題，在超級電容器領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于全固態(tài)超級電容器領(lǐng)域，具體為一種基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態(tài)超級電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，日益嚴(yán)重的能源危機(jī)正成為全世界關(guān)注的話題，可再生清潔能源因此受到廣泛關(guān)注。超級電容器由于具有充放電速度快、功率密度高、循環(huán)性能優(yōu)異以及環(huán)境友好等優(yōu)點，成為新能源領(lǐng)域的應(yīng)用熱點而受到研究者們的青睞。但超級電容器目前仍然具有能量密度較低的問題，而提高比電容和電壓窗口的范圍是解決這一問題的主要途徑。因此，在傳統(tǒng)電解液中加入氧化還原活性物質(zhì)來改善全固態(tài)超級電容器的電化學(xué)性能，利用碳基電極的雙電層特性以及酸性支持電解質(zhì)中添加氧化還原活性物質(zhì)在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生額外的法拉第贗電容，從而解決超級電容器能量密度低的問題。

隨著社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，全固態(tài)超級電容器作為新型儲能設(shè)備得到了廣泛關(guān)注，而凝膠電解質(zhì)是其中的關(guān)鍵技術(shù)材料。為了實現(xiàn)全固態(tài)超級電容器快速充放電和高穩(wěn)定性的需求，發(fā)展兼具高離子電導(dǎo)率、優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度和保水性能等諸多優(yōu)勢的新型凝膠電解質(zhì)，是當(dāng)前該領(lǐng)域的重要科學(xué)問題。

與傳統(tǒng)液態(tài)電解液超級電容器相比，全固態(tài)超級電容器選用性能穩(wěn)定的電極材料，提高了安全性；超薄的電極材料和精簡的組裝過程，大大縮減了體積，使整個器件更小型、輕質(zhì)；電極材料和電解質(zhì)材料用量少，降低了生產(chǎn)成本，且安全環(huán)保。目前，關(guān)于氧化還原電解液應(yīng)用在碳基全固態(tài)超級電容器并提高其電化學(xué)性能的相關(guān)專利報道并不是很多，加強(qiáng)此方面的研究對于全固態(tài)超級電容器的發(fā)展至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態(tài)超級電容器及其制備方法，具有操作簡單、可控性好、并且無需添加任何導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑等優(yōu)勢；

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態(tài)超級電容器，氧化還原電解液包括支持電解質(zhì)、氧化還原活性物質(zhì)和溶劑；對稱型全固態(tài)超級電容器包括正、負(fù)極電極材料、隔膜以及正、負(fù)極電極材料之間的聚合物凝膠電解質(zhì)；其中：支持電解質(zhì)為酸性或中性支持電解質(zhì)，其濃度為0.5mol L^-1～5mol L^-1；氧化還原活性物質(zhì)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(jī)系溶劑。

所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態(tài)超級電容器，支持電解質(zhì)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(zhì)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。

所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態(tài)超級電容器，氧化還原電解液為酸性電解液。

所述的基于氧化還原電解液的低成本對稱型全固態(tài)超級電容器的制備方法，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(fēng)干燥箱中干燥，得到預(yù)處理電極；

(2)隔膜處理