[发明专利]一种基于多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒的超级电容器

说明书

本发明公开了一种基于多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒的超级电容器，包括引线、电荷收集器、正极材料、隔膜和负极材料；正极材料和负极材料中至少有一个为多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料；制备时，先采用陶瓷法制备钴酸锶镧陶瓷粉末材料；将制备的钴酸锶镧陶瓷粉末材料加入球磨罐中，再加入造孔剂，加入溶剂，球磨后烘干，成型后的坯体在900～1100℃煅烧4～15h，制得多孔钴酸锶镧基底；通过浸渍AgNO₃溶液，担载银纳米颗粒，真空干燥，干燥后煅烧制得。本发明超级电容器具有比容量高、电势窗口宽、能量密度高、稳定性好等特点；同时兼具有安全性好、成本低廉、环保无污染等优势。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，特别是涉及一种基于多孔钴酸锶镧担载银纳米颗粒为电极的高性能超级电容器。

背景技术

当今，随着生活水平的提高、经济的快速发展以及环境污染的日益严重，人们对于储能设备的需求越来越迫切。在众多的储能设备中，具有功率密度高、使用寿命长、充放电速度快、安全性好等优点的超级电容器备受瞩目。

根据储能原理，超级电容器可以分为三类：双电层电容器、赝电容电容器以及非对称电容器(也称之为混合电容器)。双电层电容器是通过电极与电解质溶液界面间形成的双电层存储能量，这类电容器具有较宽的电势窗口和较好的循环性能；赝电容电容器主要是通过电极表面或者近表面发生快速的氧化还原存储能量，这类电容器具有较高的比电容；非对称电容器则是通过一个电极发生氧化还原反应，而另外一个电极形成双电层存储能量，结合了上述两种电容器的优点。然而，超级电容器相比于电池，其能量密度偏低，所以为了扩大其应用范围，提高其能量密度是关键所在。

超级电容器的组成主要包括电极材料、电解质、隔膜、电荷收集器。其中，电极材料对超级电容器的储能性质起到决定作用，因此设计具有优异电化学性能的电极材料具有非常重要的意义。用作超级电容器的电极材料主要分为三类：碳材料(如活性炭、石墨烯、碳纳米管)、过渡金属氧化物(如氧化锰、氧化镍、氧化钴)以及导电聚合物(如聚吡咯)。传统的过渡金属氧化物因其可逆的氧化还原反应、低廉的成本以及绿色无污染等特点成为了研究的热点。例如，Huang等将氧化镍(NiO)担载在镍网上(NiO的担载量为2.52mg cm^‐2)，该电极材料在2.52mA cm^‐2的电流密度下得到了1.70F cm^‐2的比电容(M.Huang,F.Li,J.Y.Ji,etal.Facile synthesis of single‐crystalline NiO nanosheet arrays on Ni foam forhigh‐performance supercapacitors,CrystEngComm 16(2014)2878‐2884)；Hu等将铝掺杂二氧化锰(Al‐doped‐MnO₂)担载在平面玻璃上(MnO₂的担载量为4.0mg cm^‐2)，该电极材料在0.4mA cm^‐2的电流密度下得到了0.85F cm^‐2的比电容(Z.M.Hu,X.Xiao,C.Chen,et al.Al‐dopedα‐MnO₂for high mass‐loading pseudocapacitor with excellent cyclingstability,Nano Energy 11(2015)226‐234)。但是这类电极材料导电性较差并且需要使用有机粘结剂，产生死体积，使活性物质不能充分利用，从而限制了其在实际中的应用。因此，需要研究和开发导电性好、无粘结剂的新型电极材料。