[發明專利]一種基于碳布/鎵氧氮化物的工作電極和超級電容器

有效

• 申請號: 202011176451.2
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112309723B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 蓋利剛;劉利彬;王家鈺;李學林;班青
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/40;H01G11/86
• 代理公司: 濟南竹森知識產權代理事務所(普通合伙) 37270
• 代理人: 呂利敏

1.一種工作電極，其特征在于，由碳布/鎵氧氮化物制得；

所述碳布/鎵氧氮化物為，鎵氧氮化物納米粒子負載于碳布纖維之上；鎵氧氮化物納米粒子的尺寸為10-70nm。

2.如權利要求1所述的工作電極，其特征在于，鎵氧氮化物納米粒子的尺寸為10-25nm。

3.如權利要求1或2所述的工作電極的用途，用于組裝對稱式水系超級電容器。

4.一種超級電容器，由權利要求1-3任一項所述的工作電極、隔膜、電解液和外封裝組成。

5.如權利要求4所述的超級電容器，其特征在于，所述隔膜為磺化高分子纖維膜；所述電解液為硫酸、硫酸鋰或硫酸鈉水溶液。

6.如權利要求4所述的超級電容器，其特征在于，隔膜為深圳格邦GBH5512磺化隔膜；電解液為1mol L^-1硫酸；

所述超級電容器的放電比容量60-152mF cm^-2；100mA cm^-2電流密度下的放電比容量相對于1mA cm^-2下的放電比容量，容量保持率為41-46％。

7.如權利要求1-3任一項所述碳布/鎵氧氮化物工作電極的制備方法，包括步驟如下：

1)將碳布進行表面處理，得碳布A；

2)將碳布A置于三氯化鎵-苯溶液中，重復浸漬、提拉數次，得碳布B，再將碳布B置于通風櫥中，于室溫環境空氣中放置6-12h，得碳布C，然后將碳布C置于烘箱中于50-70℃干燥6-12h，得碳布D；

3)將碳布D置于管式爐中，在氨氣氛中進行氮化處理，得碳布/鎵氧氮化物；

4)將所得碳布鎵氧氮化物進行裁切，制得碳布鎵氧氮化物工作電極。

8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于，

步驟1)中所述將碳布進行表面處理，所述表面處理為空氣等離子體處理或超聲處理；其中，空氣等離子體處理的時間為60-120s，功率為90-110W；所述超聲處理為：將碳布置于3-8mol L^-1的酸溶液中，于室溫下超聲處理1-3h，干燥后使用；

步驟2)中所述三氯化鎵-苯溶液，其中，三氯化鎵的濃度為1-2mol L^-1；

步驟2)中所述重復浸漬、提拉數次，其中，浸漬、提拉的次數為6-12次，相鄰兩次浸漬、提拉的時間間隔為4-6min。

9.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述酸為硝酸、鹽酸。

10.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述酸為5-7mol L^-1的硝酸。

11.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述的超聲處理為：將碳布置于6mol L^-1的硝酸溶液中，于室溫下超聲處理2h，干燥后使用；

步驟2)中所述重復浸漬、提拉數次，相鄰兩次浸漬、提拉的時間間隔為5min。

12.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于，

步驟3)中所述氨氣氛，其中，氨氣流速為32-48mL min^-1，氨氣在進入管式爐之前，先經過盛有25-28％濃氨水的洗氣瓶；

步驟3)中所述氮化處理，氮化處理的溫度為750-850℃，升溫速率為10℃ min^-1，氮化時間為8-12h。

13.如權利要求12所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述氮化處理，800℃下氮化處理，氮化時間為10h。

14.如權利要求4-6任一項所述超級電容器的制備方法，將碳布/鎵氧氮化物矩形條裁成電極片，制得工作電極；以H₂SO₄溶液為電解液，將隔膜裁剪成圓片，組裝扣式超級電容器器件。