[发明专利]一种碳纤维毡基柔性全固态非对称超级电容器及制备方法

权利要求书

1.一种碳纤维毡基柔性全固态非对称超级电容器，包括正极、负极和凝胶电解质，其特征在于，所述正极是由具有三维空间结构的碳纤维毡和其表面生长的均质一维VO₂纳米带有序排列组成的二元复合电极材料；这种二元复合电极材料是以碳毡中的众多纤维状碳棒作为支撑基体和导电支架，VO₂纳米带以缠绕状态完全包覆在了碳毡表面，这种结构提供了较大的比表面积，也为大量的官能团提供了结合位点，同时这种非全封闭式的三维立体结构提供了大量的空间供电解液中的阴阳离子自由流动，并与电极材料直接接触，产生效应，存储能量，从而提升电极材料的活性，使电极材料的电化学反应速率从动力学上得到提高；这种立体结构还能够稳定保持VO₂纳米带的形貌，有效避免单一薄膜状VO₂不断积聚，影响其赝电容性能的充分发挥问题；所述碳纤维毡基柔性全固态非对称超级电容器的制备方法，具体步骤如下：

(1)碳毡表面清洁：将商业碳毡依次用HCl溶液、NaOH溶液、乙醇溶液和去离子水超声清洗后置于烘箱中干燥备用；

(2)碳毡表面活化：取一块尺寸适当的干燥碳毡放置于烧杯中；分别配置H₂SO₄溶液与HNO₃溶液；并将两者依次倒入烧杯中；将烧杯在室温下匀速搅拌后再转移到70℃水浴锅中继续匀速搅拌；搅拌结束以后，取出碳毡并用乙醇溶液清洗；最后将碳毡干燥后取出，称其质量；

(3)二元材料制取：依次称取定量C₂H₂O₄·2H₂O、CTAB、NH₄VO₃粉末，倒入提前添加去离子水的烧杯中得到混合溶液；使混合溶液在室温下匀速搅拌，观察到溶液颜色由深黄色变为绿色再变为浅蓝色后，再转移到75℃的恒温水浴锅中继续匀速搅拌，同时取一块活化干燥后的碳毡浸入烧杯中进行化学浴沉积；匀速搅拌40-60min后将碳毡取出用去离子水和95％质量浓度的乙醇冲洗，再转移到烘箱中；在65℃下干燥3h；最后取出碳毡，称取二元复合电极材料质量；以记录碳毡上负载的VO₂纳米带的净质量；

(4)全固态超级电容器的制备：根据正负极电荷守恒定律计算负极活性炭负载量；并称取定量PVA、LiCl和去离子水制备PVA/LiCl凝胶电解质；分别将正负极浸入凝胶电解质中浸泡10-20min；取出后在两极之间添加隔膜；再在外面包裹一层塑料薄膜，最后将器件在一定压力下维持一定时间，制得全固态超级电容器。

2.如权利要求1所述的一种碳纤维毡基柔性全固态非对称超级电容器，其特征在于，所述的负极是在碳毡上涂覆一层活性炭制得。

3.如权利要求1所述的一种碳纤维毡基柔性全固态非对称超级电容器，其特征在于，所述凝胶电解质为PVA/LiCl凝胶电解质。