[发明专利]一种溴离子增强型碳基超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种溴离子增强型碳基超级电容器及其制备方法，所述超级电容器的正极包含碳材料，负极包含蒽醌化合物和碳材料，电解液包括含溴离子化合物。本发明通过分别对活性炭电极和电解液进行修饰和匹配，制备的溴离子增强型碳基超级电容器具备高电位窗口、高能量密度、高功率密度和良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及到一种超级电容器的制备方法，尤其涉及一种溴离子增强型碳基超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于二次电池和普通电容器之间的新型储电器件，兼有普通电容器和电池的双重功能，其功率密度远高于普通电池(10～100倍)，能量密度远高于传统物理电容(100倍)。与普通电容器和电池相比，超级电容器具有体积小、容量大、充电速度快、循环寿命长、放电功率高、工作温度宽(-25℃～85℃)、可靠性好及成本低廉等优点，因而在能源、通讯、电子电力、国防等领域都具有广阔的应用前景。例如：被广泛应用于便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源、应急后备电源等方面。目前，世界各国在该领域研究的主要目标在于制备高功率密度、高容量密度和性能稳定的可用于动力系统(包括后备电源和电动机车等)、可再生能源系统的超级电容器。

活性炭具有多孔、高比表面积、高孔隙率、化学稳定性好和使用寿命长等特点，是商业化双电层电容器的电极材料，但活性炭本身存在容量密度较低的缺点，从而限制了超级电容器在许多要求高能量密度领域中的应用。

为了提高活性炭电极的比容量，现有技术常常通过采用氧化还原型物质修饰活性碳电极，利用氧化还原反应产生的赝电容来提高活性炭电极的比容量，从而提高超级电容器的容量密度。公开号为CN105632783A的专利，公开了采用氧化还原型苯二酚类物质对碳电极进行修饰，电极材料比电容提高2倍左右；公开号为CN107887173A的专利，公开了活性碳电极浸入对苯二酚(PPD/硫酸溶液中修饰作为正极，活性炭电极浸入蒽醌二磺酸钠(AQS)/硫酸溶液中修饰作为负极，与常规硫酸电解液组装非对称型超级电容器，通过正负极的修饰和匹配，提高了电极的比容量，从而提高超级电容器的能量密度。然而，上述方法均存在电压窗口低、能量密度小、循环稳定性差等问题。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种溴离子增强型碳基超级电容器及其制备方法，通过分别对活性炭电极和电解液进行修饰和匹配，组装成非对称超级电容器，以进一步提高活性炭电极的比容量，从而提高超级电容器的容量密度。

本发明是通过如下技术方案实现所述技术效果的：

一种溴离子增强型碳基超级电容器，所述超级电容器的正极包含碳材料，负极包含蒽醌化合物和碳材料，电解液包括含溴离子化合物。

根据本发明的实施方案，所述碳材料选自活性炭、介孔炭、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、泡沫碳中的至少一种；优选为活性炭。

根据本发明的实施方案，所述含溴离子化合物选自溴化钠、溴化钾、溴化铵中的至少一种；优选为溴化钾。

根据本发明的实施方案，所述电解液为含溴离子化合物的硫酸水溶液。

根据本发明的实施方案，所述电解液中含溴离子化合物的摩尔浓度为0.5～2.0mol/L，优选为1.0～1.7mol/L；示例性为0.5mol/L，0.8mol/L，1.0mol/L，1.2mol/L，1.5mol/L，1.7mol/L，2.0mol/L。

根据本发明的实施方案，所述电解液中硫酸的摩尔浓度为1～4mol/L；优选为1～2mol/L；示例性为1mol/L，2mol/L，3mol/L，4mol/L。

根据本发明的实施方案，所述负极中蒽醌化合物选自蒽醌-1-磺酸及其盐、1,4-二羟基蒽醌-2-磺酸及其盐、蒽醌-2-磺酸及其盐、4-溴-1-氨基-蒽醌-2-磺酸及其盐、1-氨基-蒽醌-5-磺酸及其盐、蒽醌-2，6-双磺酸及其盐、蒽醌-1，5-二磺酸及其盐中的至少一种；优选为蒽醌-1-磺酸钠和蒽醌-2-磺酸钠。