[發明專利]一種溴離子增強型碳基超級電容器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011323308.1
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112614701A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 張易寧;苗小飛;陳素晶;劉永川;張祥昕;陳遠強;林俊鴻;陳琪
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/48;H01G11/62;H01G11/84
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 聶稻波

本發明公開了一種溴離子增強型碳基超級電容器及其制備方法，所述超級電容器的正極包含碳材料，負極包含蒽醌化合物和碳材料，電解液包括含溴離子化合物。本發明通過分別對活性炭電極和電解液進行修飾和匹配，制備的溴離子增強型碳基超級電容器具備高電位窗口、高能量密度、高功率密度和良好的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及到一種超級電容器的制備方法，尤其涉及一種溴離子增強型碳基超級電容器及其制備方法。

背景技術

超級電容器是一種介于二次電池和普通電容器之間的新型儲電器件，兼有普通電容器和電池的雙重功能，其功率密度遠高于普通電池(10～100倍)，能量密度遠高于傳統物理電容(100倍)。與普通電容器和電池相比，超級電容器具有體積小、容量大、充電速度快、循環壽命長、放電功率高、工作溫度寬(-25℃～85℃)、可靠性好及成本低廉等優點，因而在能源、通訊、電子電力、國防等領域都具有廣闊的應用前景。例如：被廣泛應用于便攜式儀器設備、數據記憶存儲系統、電動汽車電源、應急后備電源等方面。目前，世界各國在該領域研究的主要目標在于制備高功率密度、高容量密度和性能穩定的可用于動力系統(包括后備電源和電動機車等)、可再生能源系統的超級電容器。

活性炭具有多孔、高比表面積、高孔隙率、化學穩定性好和使用壽命長等特點，是商業化雙電層電容器的電極材料，但活性炭本身存在容量密度較低的缺點，從而限制了超級電容器在許多要求高能量密度領域中的應用。

為了提高活性炭電極的比容量，現有技術常常通過采用氧化還原型物質修飾活性碳電極，利用氧化還原反應產生的贗電容來提高活性炭電極的比容量，從而提高超級電容器的容量密度。公開號為CN105632783A的專利，公開了采用氧化還原型苯二酚類物質對碳電極進行修飾，電極材料比電容提高2倍左右；公開號為CN107887173A的專利，公開了活性碳電極浸入對苯二酚(PPD/硫酸溶液中修飾作為正極，活性炭電極浸入蒽醌二磺酸鈉(AQS)/硫酸溶液中修飾作為負極，與常規硫酸電解液組裝非對稱型超級電容器，通過正負極的修飾和匹配，提高了電極的比容量，從而提高超級電容器的能量密度。然而，上述方法均存在電壓窗口低、能量密度小、循環穩定性差等問題。

發明內容

為了克服上述技術問題，本發明提供一種溴離子增強型碳基超級電容器及其制備方法，通過分別對活性炭電極和電解液進行修飾和匹配，組裝成非對稱超級電容器，以進一步提高活性炭電極的比容量，從而提高超級電容器的容量密度。

本發明是通過如下技術方案實現所述技術效果的：

一種溴離子增強型碳基超級電容器，所述超級電容器的正極包含碳材料，負極包含蒽醌化合物和碳材料，電解液包括含溴離子化合物。

根據本發明的實施方案，所述碳材料選自活性炭、介孔炭、石墨烯、碳納米管、碳纖維、泡沫碳中的至少一種；優選為活性炭。

根據本發明的實施方案，所述含溴離子化合物選自溴化鈉、溴化鉀、溴化銨中的至少一種；優選為溴化鉀。

根據本發明的實施方案，所述電解液為含溴離子化合物的硫酸水溶液。

根據本發明的實施方案，所述電解液中含溴離子化合物的摩爾濃度為0.5～2.0mol/L，優選為1.0～1.7mol/L；示例性為0.5mol/L，0.8mol/L，1.0mol/L，1.2mol/L，1.5mol/L，1.7mol/L，2.0mol/L。

根據本發明的實施方案，所述電解液中硫酸的摩爾濃度為1～4mol/L；優選為1～2mol/L；示例性為1mol/L，2mol/L，3mol/L，4mol/L。

根據本發明的實施方案，所述負極中蒽醌化合物選自蒽醌-1-磺酸及其鹽、1,4-二羥基蒽醌-2-磺酸及其鹽、蒽醌-2-磺酸及其鹽、4-溴-1-氨基-蒽醌-2-磺酸及其鹽、1-氨基-蒽醌-5-磺酸及其鹽、蒽醌-2，6-雙磺酸及其鹽、蒽醌-1，5-二磺酸及其鹽中的至少一種；優選為蒽醌-1-磺酸鈉和蒽醌-2-磺酸鈉。