[发明专利]一种铅炭超级电容器负极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铅炭超级电容器负极及其制备方法，首先将胶粘剂、导电碳材料和活性炭混合后放置硫酸水溶液中制备得到具有较高离子浓度的质子穿透性凝胶，再将质子穿透性凝胶均匀涂覆在碳基板上得到铅炭超级电容器负极，质子穿透性凝胶提高了负极双电层吸附能力，可承担更多电荷，同时能够保障离子在溶液中的正常传输，应用所述的负极的铅炭超级电容器在较大电流密度下也不会发生副反应，能承受较高的瞬态电流，在电网等领域具有较为广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种铅炭超级电容器负极及其制备方法。

背景技术

随着全球电气化程度的加深，人们对于电化学储能设备提出了更高的需求，电化学性能介于超级电容器和铅酸电池之间的铅炭超级电容器愈发受到重视。铅炭超级电容器由二氧化铅正极和碳负极组成，兼具铅酸电池价格低廉、低温性能稳定、安全性好和超级电容器功率密度高、循环寿命长、耐瞬态大电流的特性，适于大规模应用于需要短时高频、高能的实际领域中，如电网的削峰填谷等。

铅炭超级电容器的额定充放电电流密度取决于碳负极，电流密度过大时，负极无法消耗多余的电荷，发生电解水副反应。电解水副反应一方面会消耗电解液，降低电容器寿命，另一方面会压缩正极电势窗口，加速正极容量衰减。

通过改变活性炭形貌和电解液组分可以提高负极的析氢电位，例如《Device forviewing the soles of feet NCL 16ECL 1NDR 2NFG 3STA NJ ZIP 08402CLAS EDF 6》(公开号：US05959791)采用具有圆孔阵列的活性炭层作为负极，显著提高电容器的充放电能量和抗高压能力；《一种活性炭电容器用高压水系电解液及其制备方法》(授权公告号CN105405683 B)，能提高电容器的工作电压及能量密度。但上述方法也存在一定的限制：一、电解液添加剂与铅炭超级电容器正极相性较低，容易抑制正极性能发挥；二、碳材料的改性会引起成本的提升。

凝胶包裹电极是解决上述问题的其中一种改性方式，其具有较大的潜力和应用价值。随着用电器件额定电压的提高，铅炭超级电容器需要具有更优秀的大电流承受能力，提升碳材料的析氢电位是一种有效途径，与电解液中添加离子化合物或直接改性负极碳材料不同，凝胶包裹式负极通过提高碳材料表面离子浓度抑制析氢，操作简单并且安全稳定。

用于包裹电极的凝胶应具有如下特点：一、浓缩度更高，为保障负极表面离子浓度更高，提升电极可承受电荷量；二、具有较高的质子穿透能力和一定的导电性，确保电子在电解液中的连续传递不受限制，保证液间电势的稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铅炭超级电容器负极，将其应用于铅炭超级电容器时，负极析氢电位明显提高，器件大电流循环寿命和能量密度显著改善。铅炭超级电容器负极制备方法是在碳材料上负载负载一种通过硫酸酯化反应得到的质子穿透性强和酸浓缩度高的粘性凝胶。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种铅炭超级电容器负极，包括碳基板，所述的碳基板上均匀涂覆有质子穿透性凝胶，所述的质子穿透性凝胶通过如下方法制备：将胶粘剂、导电炭材料和活性炭混合后放置30mL在5M硫酸水溶液中，加热55℃后恒温搅拌直至胶粘剂完全溶解，自然冷却后在空气湿度为30-50％的环境中静置24-48h后获得质子穿透性凝胶；所述的胶粘剂、导电碳材料和多孔碳材料的质量比为1：0.5-0.8：0.02-0.2。

作为本发明的更优的技术方案：所述的胶粘剂为聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚碳酸酯中的一种或几种。

作为本发明的更优的技术方案：所述的导电炭材料为石墨烯、乙炔黑、胶体石墨中的一种。

作为本发明的更优的技术方案：所述的多孔碳材料为活性炭和石墨中的一种，其比表面积为1500-2500m²/g或100-500m²/g。