[發明專利]活性炭/石墨烯復合電極的雙電層電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110931693.6
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113690065B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 麥吉德·舒克爾;曹蔚琦;阿里·阿斯加爾·薩德吉·加茲維尼
• 申請（專利權）人: 重慶諾獎二維材料研究院有限公司
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/24;H01G11/32;H01G11/34;H01G11/36;H01G11/60;H01G11/62;H01G11/78;H01G11/52
• 代理公司: 常州唯思百得知識產權代理事務所(普通合伙) 32325
• 代理人: 孫麗

本發明涉及一種活性炭/石墨烯復合電極的雙電層電容器及其制備方法，包括以下步驟：S1、電極漿料的制備：將電極活性材料、炭黑、有機粘合劑和溶劑混合攪拌制成均質漿料，并使用超聲清洗機分散該均質漿料1個小時，使得石墨烯的顆粒分散在泥漿里面；電極活性材料包括石墨烯和比表面積大于1190msupgt;2/supgt;gsupgt;?1/supgt;的活性炭；S2、在鋁箔集流體上涂覆電極漿料，S3、有機電解液的制備：將有機溶劑和有機鹽在50℃下混合攪拌2小時，得到澄清的雙電層電容器有機電解液；S4、組裝雙電層電容器。本發明的雙電層電容器與普通雙電層電容器相比可以提高比電容、能量密度、充電/放電持續時間，降低內部電阻，有助于儲能裝置的輕質化。

技術領域

本發明屬于儲能技術領域，特別涉及一種活性炭/石墨烯復合電極的雙電層電容器及其制備方法。

背景技術

超級電容器由于其高功率密度，高充電/放電速率和長循環壽命性能，引起了近廣泛關注。它們被認為是最有前途的電化學能量存儲設備之一，具有潛能補充或最終替代用于能量存儲的電池，用于可穿戴和便攜式電子，電動和混合動力車輛的電池。基于能量存儲機制，超級電容器可分為兩大類，即雙電層電容器（EDLC）和贗電容器。對于EDLC，電容源自電極-電解質界面處電荷的積累。因此，控制電極比表面積和孔尺寸并提高電導率是實現高存儲容量的有效方法。另外一種超級電容器是贗電容。贗電容的容量雖然一般比EDLC高，但是由于差的導電性和貴的材料成本大部分發市場上的超級電容器是EDLC（雙電層電容器）。確實，眾所周知的贗電容電極中較差的電導率會限制法拉第反應，因此導致電化學性能和壽命周期不滿足市場的要求。

石墨烯是二維碳單層，由全sp2雜化碳組成，具有一些最吸引人的特性：重量輕，高電導率和導熱率，高度可調的表面積（最大2675m²g^-1），很強的機械強度（~1TPa）和化學穩定性。這些出色的性能使石墨烯和基于石墨烯的材料能夠在高性能結構納米復合材料、電子產品、環保和能源設備（包括能量產生和存儲）中找到應用。這些優異的物理化學特性的結合使基于石墨烯的材料在電化學能量存儲和可持續能源產生方面更具吸引力，例如鋰離子電池，燃料電池，超級電容器以及光伏和太陽能電池。例如，當完全利用整個表面積時，單層石墨烯的理論比電容為~21uFcm^-2(~550Fg^-1)。然而，由于在制備和應用過程中嚴重的團聚，純石墨烯的實際電容性能低于預期值。因此，提高石墨烯基材料的整體電化學性能仍然是一個巨大的挑戰。

上文可知，純的石墨烯實際表現欠佳，石墨烯基復合材料已被廣泛研究為導電材料，以支持碳質電極表面的靜電反應，過渡金屬氧化物，氫氧化物和導電聚合物的氧化還原反應。這些由石墨烯和過渡金屬氧化物/氫氧化物或導電聚合物的納米顆粒組成的納米混合電極表現出優異的電化學性能，這是由于石墨烯層促進了金屬氧化物/氫氧化物納米顆粒的分散并起到了高度協同作用的結果，同時石墨烯可增強電導率的導電基質，以及活性炭/金屬氧化物/氫氧化物/導電聚合物可提供所需的電容。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的缺陷，提供一種可以提高比電容、能量密度、充電/放電持續時間，降低內部電阻，有助于儲能裝置的輕質化的活性炭/石墨烯復合電極的雙電層電容器及其制備方法。

實現本發明目的的技術方案是：一種活性炭/石墨烯復合電極的雙電層電容器及其制備方法，包括以下步驟：

S1、電極漿料的制備：將電極活性材料、炭黑、有機粘合劑和溶劑混合攪拌制成均質漿料，并使用超聲清洗機分散該均質漿料1個小時，使得石墨烯的顆粒分散在泥漿里面；所述電極活性材料包括石墨烯和比表面積大于1190m²g^-1的活性炭；

S2、在鋁箔集流體上涂覆電極漿料，具體包括：

S11、使用工業涂布機將S1中制備的漿料自動涂布在一卷鋁箔上，涂布后立即在100℃下吹熱空氣進行干燥；