[发明专利]一种超级电容器复合电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学能源复合材料领域，涉及一种超级电容器复合电极的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，人们对于能源器件的需求越来越多，对其性能的要求也越来越高。二次可循环、微小型化以及能量密度、功率密度高的能源设备越来越受到人们青睐。超级电容器，这种基于电化学原理的电容器，在快速充放电和储存电能的能力方面介于传统物理电容器和化学电池之间，已逐渐成为一种强大的候选，并已部分实际应用为高效的、高负载的电化学储能、传递能量的设备。

目前常规的超级电容器电极材料已无法满足高功率密度、高能能量密度、结构稳定性等切实的需求。而本发明中设计的这种纳米和微米结合的结构已被认为是当今最佳的电极结构，既采用在微米级多孔骨架上均匀分散纳米级的活性粒子。这种结构常被称为三维双连续的结构，一方面，根据扩散时间理论τ=L²/D，减小离子的扩散阻力；另一方面为电子迁移提供通道，促使相关的反应发生，减小阻抗。这种纳米多孔金属/金属氧化物复合电极在未来有利于解决当今储能器件电极材料的诸多问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超级电容器复合电极的制备方法，制备出一种高比电容、低阻抗、循环寿命长的金属氧化物/纳米多孔金属骨架超级电容器复合电极。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超级电容器复合电极的制备方法，包括如下步骤：

1）制备多孔骨架薄层； 

2）将上述纳米多孔骨架薄层铺展在基底上作为复合集电极；

3）将上述复合集电极薄片上沉积金属氧化物活性物质。

所述步骤1）中的纳米多孔骨架采用多孔金属材料。

所述步骤2）中的基底包括高分子聚合物柔性材料或刚性材料。

所述步骤2）中制备复合集电极的方法为腐蚀合金法或胶晶模板法。

所述步骤3）中的金属氧化物活性物质包括超级电容器金属氧化物电极材料。

所述步骤3）中的沉积方法包括物理沉积法和化学沉积法。

本发明相对于现有技术具有如下优点和效果：

本发明制备得到的超级电容器复合电极，比通常同等的电化学活性材料电极具有更大的比电容，为常规电极材料比电容的3~4倍，有很大能量密度和功率密度。基底涉及材料广泛，电极结构设计合理，更能够承受频繁充放电过程中的电化学应力损害，具有更好的循环寿命。另外本发明的电极结构有利于缓解充放电过程中的电化学应力，具有更小的阻抗以及更长的循环寿命，适应未来储能器件微型化的发展趋势。本发明制备方法简单，所用的原料更环保、成本低，所用的设备简单，有利于在超级电容器等储能器件中大规模应用。

附图说明

图1为本发明制备的超级电容器复合电极的结构示意图。

图2为本发明制备的二氧化锰/纳米多孔金骨架超级电容器复合电极微观表面形貌的SEM图片。

图3为本发明制备的二氧化锰/纳米多孔金属骨架超级电容器复合电极比电容与测试电流密度的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种超级电容器复合电极的制备方法，包括如下步骤：

1）将厚度为100nm金银合金膜漂用浓硝酸腐蚀12小时。

2）将上述腐蚀后的合金膜捞出，附着在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）柔性基底上作为复合集电极。

3）将上述处理过的复合集电极薄片置于0.2mol/L醋酸锰溶液中采用恒电流法0.1mA 1110s在1×1cm²正方形面积上沉积锰氧化物。

4）将步骤3）处理得到的柔性薄片电极进一步洗净处理，既为改性处理后的二氧化锰/纳米多孔金超级电容器复合电极。电极结构如图1所示，在扫描电镜下看到的微观结构如图2所示。

对处理后的二氧化锰/纳米多孔金超级电容器复合电极进行电容性能测试，测试所用电解液为0.5mol/L硫酸钠溶液，测试技术为计时电位法，电流为5A/g，电压窗口为0~0.8V。电极材料测试的电容性能结果如图3所示。