[發(fā)明專利]一種制備非對稱纖維超級電容器電極的方法

有效

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• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112233913B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設計）人: 祝方明;謝秀麗;朱宇瓊;鄒寶康
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/40;H01G11/46;H01G11/24;H01G11/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 趙崇楊

本發(fā)明提供了一種制備非對稱纖維超級電容器電極的方法及其制備電極、超級電容器，以單根親水碳纖維(CF)為基底，在表面生長Co₃O₄陣列，得到Co₃O₄/CF陣列，具有豐富的比表面積，便于測試中與電解液接觸，有利于快速的反應，為離子的傳導提供良好的通道，從而提高非對稱纖維超級電容器的電化學性能；此外，在單根親水的CF表面制造豐富的多孔結構，得到的多孔碳纖維(PCF)同樣具有豐富的比表面積；Co₃O₄/CF和PCF電極具有良好的穩(wěn)定性，優(yōu)異的比電容；Co₃O₄/CF和PCF分別作為非對稱纖維超級電容器的正負極，無額外的粘結劑，得到的非對稱纖維超級電容器(ASC)具有較寬的工作電壓窗口和優(yōu)異的能量密度和功率密度。

技術領域

本發(fā)明屬于非對稱纖維超級電容器技術領域，具體地，涉及一種制備非對稱纖維超級電容器電極的方法及其制備的電極、超級電容器。

背景技術

超級電容器以其獨特的性能和巨大的發(fā)展?jié)摿υ诒姸嚯娫搭I域引起了廣泛的關注(J.Am.Chem.Soc.2018,140,10941-10945)。根據(jù)儲能機理，一般將超級電容器分為雙電層超級電容器和贗電容超級電容器。雙電層超級電容器通常由多孔碳材料組成，可以在電極/電解質的豐富界面上物理積聚大量電荷，這一特性使雙電層超級電容器能夠快速充放電，同時具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。然而，雙電層超級電容器的比電容相對較低，因此能量密度不理想。而過渡金屬氧化物和導電聚合物組成的贗電容超級電容器，其比電容和能量密度通常高于雙電層超級電容器，但其循環(huán)壽命并不理想。因此，非對稱超級電容器(ASC)由于結合了雙電層超級電容器和贗電容超級電容器的優(yōu)點，近年來得到了廣泛的研究(Adv.Funct.Mater.2018,28,1707247)。典型的非對稱超級電容器(ASC)由贗電容型正極和雙電層超級電容器負極構成，這種布局使非對稱超級電容器(ASC)具有良好的電化學性能，如較寬的工作電壓窗口、合適的電容、較高的能量密度和功率密度。

貴金屬氧化物RuO₂等作為常用的非對稱超級電容器(ASC)的電極，具有較好的電化學電容性質，但其價格昂貴并且有毒性。由于四氧化三鈷(Co₃O₄)和氧化錳(MnOx)等同樣具有優(yōu)異的電化學性能，因此可作為貴金屬氧化物的替代品，近年來在各種儲能器件中引起了越來越多的關注(J.Am.Chem.Soc.2014,136,13925-13931)。研究者們研究了不同納米結構和形貌的四氧化三鈷，以獲得非對稱超級電容器優(yōu)異的性能(ACS Nano 2015,9,6288-6296)。

公開號為CN105332097A的中國專利提供了一種利用靜電紡絲技術制備的負載Co₃O₄納米顆粒的碳纖維復合材料，是將鈷源、聚乙烯吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺混合得到前驅體紡絲液，利用靜電紡絲技術得到前驅體纖維，然后在惰性氣體中煅燒得到Co₃O₄顆粒和碳纖維的復合材料。而這樣的復合材料中，有一部分CO₃O₄暴露在碳纖維表面，另外一部分CO₃O₄是鑲嵌在碳纖維內部，無法充分與電解液接觸，不能起到活性物質的作用。此外，還存在一些問題阻礙了Co₃O₄在非對稱纖維超級電容器中的進一步應用，如現(xiàn)有制備四氧化三鈷的方法都很復雜，而且涉及到污染試劑；其次，額外的粘結劑和導電劑不易于電子的轉移和離子擴散，從而阻礙四氧化三鈷的電化學性能，且未集成的電極很容易散架，不適合制作非對稱纖維超級電容器。

發(fā)明內容