[发明专利]活性炭/石墨烯复合电极的双电层电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种活性炭/石墨烯复合电极的双电层电容器及其制备方法，包括以下步骤：S1、电极浆料的制备：将电极活性材料、炭黑、有机粘合剂和溶剂混合搅拌制成均质浆料，并使用超声清洗机分散该均质浆料1个小时，使得石墨烯的颗粒分散在泥浆里面；电极活性材料包括石墨烯和比表面积大于1190msupgt;2/supgt;gsupgt;‑1/supgt;的活性炭；S2、在铝箔集流体上涂覆电极浆料，S3、有机电解液的制备：将有机溶剂和有机盐在50℃下混合搅拌2小时，得到澄清的双电层电容器有机电解液；S4、组装双电层电容器。本发明的双电层电容器与普通双电层电容器相比可以提高比电容、能量密度、充电/放电持续时间，降低内部电阻，有助于储能装置的轻质化。

技术领域

本发明属于储能技术领域，特别涉及一种活性炭/石墨烯复合电极的双电层电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器由于其高功率密度，高充电/放电速率和长循环寿命性能，引起了近广泛关注。它们被认为是最有前途的电化学能量存储设备之一，具有潜能补充或最终替代用于能量存储的电池，用于可穿戴和便携式电子，电动和混合动力车辆的电池。基于能量存储机制，超级电容器可分为两大类，即双电层电容器（EDLC）和赝电容器。对于EDLC，电容源自电极-电解质界面处电荷的积累。因此，控制电极比表面积和孔尺寸并提高电导率是实现高存储容量的有效方法。另外一种超级电容器是赝电容。赝电容的容量虽然一般比EDLC高，但是由于差的导电性和贵的材料成本大部分发市场上的超级电容器是EDLC（双电层电容器）。确实，众所周知的赝电容电极中较差的电导率会限制法拉第反应，因此导致电化学性能和寿命周期不满足市场的要求。

石墨烯是二维碳单层，由全sp2杂化碳组成，具有一些最吸引人的特性：重量轻，高电导率和导热率，高度可调的表面积（最大2675m²g^-1），很强的机械强度（~1TPa）和化学稳定性。这些出色的性能使石墨烯和基于石墨烯的材料能够在高性能结构纳米复合材料、电子产品、环保和能源设备（包括能量产生和存储）中找到应用。这些优异的物理化学特性的结合使基于石墨烯的材料在电化学能量存储和可持续能源产生方面更具吸引力，例如锂离子电池，燃料电池，超级电容器以及光伏和太阳能电池。例如，当完全利用整个表面积时，单层石墨烯的理论比电容为~21uFcm^-2(~550Fg^-1)。然而，由于在制备和应用过程中严重的团聚，纯石墨烯的实际电容性能低于预期值。因此，提高石墨烯基材料的整体电化学性能仍然是一个巨大的挑战。

上文可知，纯的石墨烯实际表现欠佳，石墨烯基复合材料已被广泛研究为导电材料，以支持碳质电极表面的静电反应，过渡金属氧化物，氢氧化物和导电聚合物的氧化还原反应。这些由石墨烯和过渡金属氧化物/氢氧化物或导电聚合物的纳米颗粒组成的纳米混合电极表现出优异的电化学性能，这是由于石墨烯层促进了金属氧化物/氢氧化物纳米颗粒的分散并起到了高度协同作用的结果，同时石墨烯可增强电导率的导电基质，以及活性炭/金属氧化物/氢氧化物/导电聚合物可提供所需的电容。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种可以提高比电容、能量密度、充电/放电持续时间，降低内部电阻，有助于储能装置的轻质化的活性炭/石墨烯复合电极的双电层电容器及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种活性炭/石墨烯复合电极的双电层电容器及其制备方法，包括以下步骤：

S1、电极浆料的制备：将电极活性材料、炭黑、有机粘合剂和溶剂混合搅拌制成均质浆料，并使用超声清洗机分散该均质浆料1个小时，使得石墨烯的颗粒分散在泥浆里面；所述电极活性材料包括石墨烯和比表面积大于1190m²g^-1的活性炭；

S2、在铝箔集流体上涂覆电极浆料，具体包括：

S11、使用工业涂布机将S1中制备的浆料自动涂布在一卷铝箔上，涂布后立即在100℃下吹热空气进行干燥；