[发明专利]非对称式超级电容器的制作方法

摘要

本发明涉及一类固相电极材料和液相电解质同时提供电容的新型的非对称超级电容器的制作方法。该电容器具有超高的能量密度、功率密度和循环稳定性。本发明中，正极电极材料为氢氧化钴/石墨烯复合电极材料，电解液为氢氧化钾/铁氰化钾的混合电解液；负极为活性碳/碳纤维纸电极材料，电解液为氢氧化钾/对苯二胺的混合电解液。实现了固体电极材料和液体电解液同步地、独立地提供电容。此非对称电容器在高的充放电电流密度下可以实现高的能量密度、功率密度和循环稳定性。在2A/g的充放电电流密度下，能量密度为124.4Wh/kg，对应的功率密度为2000W/kg，电容器经过20000次循环比电容几乎没有衰减。

主权项

非对称式超级电容器的制作方法，包括电容器正、负电极体系即电极材料和电极液的制备和组装，其特征在于:正极所用电极材料为氢氧化钴/石墨烯复合电极材料，电解液为氢氧化钾/铁氰化钾的混合电解液；负极所用的电极材料为活性碳/碳纤维纸，电解液为氢氧化钾/对苯二胺的混合电解液，实现固体电极和液体电解液同时提供比电容，具体步骤包括：步骤A：将基底材料置于真空装置中，在保护气体氩气氛围加热至预定温度，通入反应气体，待温度达到反应温度时，保温一段时间，使气体混合均匀；步骤B：利用等离子体增强化学气相沉积法，调整反应气体分压，设定射频功率及溅射时间，在基底上沉积少层石墨烯，使碳源气体、氩气在射频电源的作用下离化、分解成为等离子体，通过化学反应，最终在基底上沉积出少层石墨烯；步骤C：反应结束后，停止通入反应气体，继续通保护气体，冷却至室温；步骤D：将沉积少层石墨烯的泡沫镍电极浸入装有硝酸钴电解液的电解槽中，硝酸钴电解液浓度0.02～1M，并将电解槽置于恒温水浴槽内，升温至预定温度35～65℃，保温一段时间，使电化学沉积系统维持恒温；步骤E：将恒压恒流电源的电位或电流调整至实验所需数值，按实验预定沉积电量在硝酸钴溶液中进行电化学沉积；电解完毕后，用去离子水多次清洗电极，自然晾干即可得到氢氧化钴/石墨烯电极；步骤F：以氢氧化钴/石墨烯复合电极为正电极，以氢氧化钾/铁氰化钾混合水溶液为正极电解液，构建正电极体系；步骤G：取适量的Nafion溶液注入无水乙醇，超声处理，使粘结剂与溶剂充分混合，再加入一定质量比的活性碳、导电石墨及粘结剂，经过超声处理和高速搅拌一段时间，得到活性材料浆料；步骤H：量取适量的浆料，在N₂气的驱动下由气动喷笔向集流体碳纤维纸均匀喷涂细小的液滴；步骤I：把喷涂好的活性碳/碳纸电极放入真空干燥箱中退火处理；步骤J：以活性碳/碳纸电极作为负电极，以氢氧化钾/对苯二胺混合水溶液为负极电解液，构建负电极体系；步骤K：以构建的正负电极体系分别作为正负电极，组装非对称式电化学电容器，正负电极体系以选择透过性隔膜隔开，使得钾离子自由通过，其它电解液离子不能透过。