[發明專利]一種柔性鋅離子混合電容器及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010965381.2
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112216518B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 董留兵;李揚
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/34;H01G11/40;H01G11/86
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 桂婷

本發明屬于電化學儲能技術領域，公開了一種柔性鋅離子混合電容器及其制備方法和應用。該柔性鋅離子混合電容器的正極采用柔性自支撐且具有電化學活性的活性碳纖維，其中活性碳纖維為經過二次活化處理的活性碳纖維布或活性碳纖維束，通過二次活化工藝，調控了活性碳纖維表面的孔分布，形成了層級孔結構，進而影響其用于鋅離子混合電容器正極材料時的離子傳輸通道，最終影響電化學性能，以此作為柔性鋅離子混合電容器的正極，其兼具高電化學活性、柔性和自支撐的性能；采用電化學沉積法，沉積金屬鋅于纖維狀或薄膜狀的柔性基底上，或直接以鋅絲作為柔性鋅離子混合電容器的負極。該柔性鋅離子混合電容器具有良好的柔性可變形能力和優異的電化學性能。

技術領域

本發明屬于新型電化學儲能技術領域，特別涉及一種柔性鋅離子混合電容器及其制備方法和應用。

背景技術

近些年，隨著便攜式、可穿戴電子產品(如可折疊的筆記本電腦、手機以及可穿戴的智能衣物等)的發展，可為上述設備供應能量的柔性超級電容器成為柔性儲能領域的研究熱點。然而，柔性超級電容器低的能量密度是制約其實際應用的關鍵瓶頸。為提高柔性超級電容器能量密度，國內外多個研究團隊從以下幾方面開展了研究，包括：(1)研究具有高電化學性能的柔性電極；(2)設計非對稱型超級電容器以提高超級電容器體系電壓窗口和能量密度。

盡管如此，受制于超級電容器自身的儲能機制，柔性超級電容器的能量密度仍不夠理想。近兩年，水系多價態鋅離子混合電容器被提出(Energy Storage Materials,2018,13:96-102.)，該體系的正負電極分別由具有電容行為和電池行為的活性物質構成。具體的，其以活性炭材料作為正極、金屬鋅作為負極、硫酸鋅水溶液作為電解液，在正負電極分別發生離子吸脫附的電容行為和鋅溶解-沉積的電池行為；這一新型電化學儲能體系顯示出比傳統超級電容器體系高得多的能量密度，同時具有快速充放電、超長循環壽命以及高安全性等優點，因而得到廣泛關注。

然而，能為便攜式、可穿戴電子產品供應能量的柔性鋅離子混合電容器還未見報道。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種柔性鋅離子混合電容器。

本發明另一目的在于提供上述柔性鋅離子混合電容器的制備方法。

本發明再一目的在于提供上述柔性鋅離子混合電容器在便攜式、可穿戴電子產品(如可折疊的筆記本電腦、手機以及可穿戴的智能衣物等)中的應用。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種柔性鋅離子混合電容器，其包括正極、負極和電解質，其中正極采用柔性自支撐且具有電化學活性的活性碳纖維；負極為鍍鋅柔性基底，或直接以鋅絲作為柔性鋅離子混合電容器的負極。

所述的活性碳纖維為活性碳纖維布或活性碳纖維束；所述活性碳纖維采用二次活化工藝制得；

優選的，所述的二次活化工藝是指以下三種活化工藝中的一種：(1)首先經過水蒸氣活化、再經過氫氧化鉀活化的二次活化工藝；(2)首先經過氫氧化鉀活化、再經過氯化鋅活化的二次活化工藝；(3)首先經過水蒸氣活化、再經過氯化鋅活化的二次活化工藝。

所述的“首先經過水蒸氣活化、再經過氫氧化鉀活化的二次活化工藝”具體包括以下步驟：

(1.1)將未活化的碳纖維置于管式爐中，在惰性氣體保護下升溫至600-900℃，然后通入惰性氣體和水蒸氣的混合氣體，活化10-60min，得到一次活化的碳纖維；

(1.2)將一次活化的碳纖維置于氫氧化鉀水溶液中浸泡2-24h，取出干燥，得到產物1，然后在氮氣氣氛下將產物1置于600-900℃管式爐中活化0.5-2h，然后用去離子水反復清洗，直至清洗后的溶液呈現中性，經干燥后即得到二次活化的碳纖維。