专利名称：一种基于空心碳纳米笼的超级电容器的组装方法
技术领域：
本发明涉及一种基于空心碳纳米笼的超级电容器的组装方法。
背景技术：
超级电容器作为一种新型储能器件受到了广泛关注和大量研究(Nat. Mater. 2008，7，845-854)，这是由于超级电容器填补了电池与传统电容器之间的空白， 即它的能量密度与功率密度均介于这两者之间。超级电容器较高的能量密度，超大的功率密度以及超长的使用寿命使其倍受青睐，已经被应用于起重机，电梯，电动汽车， 能源管理系统等诸多领域。(Nat. Mater. 2008，7，845 ；Adv. Mater. 2011，DOI :10. 1002/ adma. 201100984 ；Chem.Rev. 2004，104,4245 ；J.Power Sources 2006，157，11 ；Energy Environ. Sci. 2010，3，1294 ；Angew. Chem. Int. Ed. 2011，50，1683 ；Science 2008，321，651 ； Science 2010,329,1637)可被应用于超级电容器的材料有许多，包括金属氧化物，导电高分子和碳材料等。其中碳材料被研究的最多，这是由于其具有近乎无穷多的微观结构，并由此可能得到具有超高的比表面，规则的孔道结构以及稳定骨架的材料，而这些特征均为提高超级电容器性能的有利因素。目前为止，有许多类型的碳材料被研究作为超级电容器电极材料，包括活性炭(Electrochem. Comm. 2008，10，1809 ；Electrochem. Comm. 2008，10， 868 ；Electrochem. Comm. 2008，10，795),碳纳米管(Nat. Mater. 2006，5，987 ；Adv. Funct. Mater. 2001,11,387 ；PNAS 2009，106，21491)，模板碳(Adv. Mater. 2011，DOI :10.1002/ adma. 201100984)以及石墨烯(Adv. Mater. 2011,23,2833 ；Science 2011，332，1537)。这其中活性炭在较大功率充放电时表现不佳，碳管比电容不高，而模板碳和石墨烯的高制备及活化成本限制了它们的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于空心碳纳米笼的超级电容器的组装方法，这种超级电容器具有高性能和更低的成本。本发明所述基于空心碳纳米笼的超级电容器的组装方法，包括如下步骤1)配置空心碳纳米笼浆液将水、有机溶剂和Nafion按体积比4 0. 8 0. 2混合，得到浓度为5%的Nafion 混合溶液；再将在670-1100°C下合成的空心碳纳米笼超声分散于前述混合溶液中，形成空心碳纳米笼浆液；2)取步骤1)中配置的空心碳纳米笼浆液均勻涂抹于集流体之上，待其自然干燥， 即制得空心碳纳米笼电极，将此电极浸泡于下述所用电解液中备用。3)组装基于空心碳纳米笼电极的超级电容器将依步骤2)得到的两个相同的电极用经电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。上述步骤1)中，有机溶剂是乙醇，丙醇或丙酮中的任意一种或一种以上任意比例的混合物，具体根据分散性的需要采用单一或混合溶剂。上述步骤1)中，由于空心碳纳米笼浆液太稀或太浓均不利于成膜，因此其浓度优选为2 5mg/mL。上述步骤1)中，由于超声时间太短不利于分散，太长也是不必要的，因此超声分散的时间优选不低于30分钟不超过60分钟。上述步骤2)中，为确保集流体在电容器介质中性质稳定，集流体选自铜片，不锈钢片，钼片或铝片。上述步骤2、中，空心碳纳米笼浆液涂抹于集流体之上经干燥后所形成的涂覆层的厚为优选2-200 μ m，其原因是涂覆层太薄，集流体的利用率低，单位面积内的电容低；涂覆层太厚，电阻会增加，涂覆层也容易脱落。上述步骤幻中，为防止空心碳纳米笼浆液涂抹于集流体之上经干燥后所形成的涂覆层从集流片上脱落，从而使超级电容器失效，可以在涂覆层干燥之前或之后在涂覆层之上施加l-20kg/cm2压力，以形成均勻的涂覆层并保持稳固。压实后对电化学电容性能降低不大，仍能保持95%以上。上述步骤2~)和步骤幻中，所述电解液选用硫酸、碱金属氢氧化物(如氢氧化钾， 氢氧化钠)、硫酸盐(如硫酸钠)或高氯酸盐(如高氯酸锂)，浓度为0. l-5mol/mL。本发明具有如下优点采用本发明得到的超级电容器工作电位范围对于硫酸溶液作为电解液时是0.9V， 对于碱金属氢氧化物(如氢氧化钾或氢氧化钠)作为电解液时是1. 3V，对于硫酸盐或高氯酸盐(如硫酸钠或高氯酸锂)作为电解液时是1. 8V。采用本发明得到的超级电容器对于0. 255mg/cm2厚度的电极在低充放电速率下最大的比电容为260F/g，在较高充放电速率下仍能保持高性能，例如ΙΟΑ/g充放电速率下为 180F/g，100A/g下仍然大于110F/g。采用本发明得到的超级电容器具有较好的稳定性，例如以ΙΟΑ/g充放电时，电容在头1000周下降约10%而在接下来的9000周内保持几乎不变。
具体实施例方式实施例1以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的0. lmg/mL空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 670°C制备的空心碳纳米笼，在IOOmL水-乙醇-5% Nafion混合液 (比例为4 0.8 0.2)中超声分散30分钟，形成浓度为0.1mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液，量取15 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，以形成厚度2 μ m 的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于 0. Imol/mL硫酸电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经0. Imol/mL硫酸电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有210F/g的比电容，10A/g具有 150F/g，100A/g具有100F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例2以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的ang/mL 700°C合成空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。
称取IOmg 700°C合成空心碳纳米笼，在5mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散40分钟，形成浓度为ang/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液， 量取20 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，以形成厚度10 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于Imol/mL 硫酸电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经Imol/mL硫酸电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有MOF/g的比电容，ΙΟΑ/g具有 170F/g， 100A/g具有110F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例3以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的2. 5mg/mL 700°C合成空心碳纳米笼悬浊液以钼片为集流体制成的电极。称取IOmg 700°C合成空心碳纳米笼，在4mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散50分钟，形成浓度为2. 5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液，量取25 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的钼片集流体之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力20kg/cm2压强压实，以形成厚度15 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于5mol/mL硫酸电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经5mol/mL硫酸电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有240F/g的比电容，10A/g具有 170F/g, 100A/g具有105F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例4以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的5mg/mL 750°C合成空心碳纳米笼悬浊液以钼片为集流体制成的电极。称取IOmg 750°C合成空心碳纳米笼，在2mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0. 中超声分散40分钟，形成浓度为5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液，量取40 μ L该悬浊浆液，滴加至直径IOmm的钼片集流体之上，在电极干燥之后在薄膜之上施加压力lOkg/cm2压强压实，以形成厚度30 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于0. Imol/mL氢氧化钾电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经0. Imol/mL氢氧化钾电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压， 在放电速率为0. lA/g时具有220F/g的比电容，10A/g具有 170F/g，100A/g具有100F/g。 其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例5以水-丙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的10mg/mL空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 700°C制备的空心碳纳米笼，在ImL水-丙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散45分钟，形成浓度为lOmg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液，量取60 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力lkg/cm2压强压实，以形成厚度50 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于0. Imol/mL氢氧化钠电解液中备用。 将两个依上述方法制成的电极用经0. Imol/mL氢氧化钠电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有MOF/g的比电容，ΙΟΑ/g具有 200F/g，100A/g具有 105F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例6以水-丙酮-5% Nafion溶液为分散液配置的2mg/mL空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 750°C制备空心碳纳米笼，在5mL水-丙酮-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0. 中超声分散45分钟，形成浓度为ang/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液，量取80 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之后在薄膜之上施加压力15kg/cm2压强压实，以形成厚度70 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于Imol/mL氢氧化钠电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经Imol/mL氢氧化钠电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有260F/g的比电容，10A/g具有 180F/g, 100A/g具有110F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例7以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的10mg/mL空心碳纳米笼悬浊液以钼片为集流体制成的电极。称取IOmg 800°C制备空心碳纳米笼，在ImL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为 4 0.8 0.2)中超声分散45分钟，形成浓度为lOmg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液，量取100 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的钼片集流体之上，在电极干燥之后在薄膜之上施加压力lOkg/cm2压强压实，以形成厚度95 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于0. Imol/mL硫酸钠电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经0. Imol/mL硫酸钠电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有245F/g的比电容，10A/g具有 170F/g, 100A/g具有102F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例8以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的5mg/mL空心碳纳米笼悬浊液以钼片为集流体制成的电极。称取IOmg 850°C制备空心碳纳米笼，在2mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散45分钟，形成浓度为5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液， 量取125 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的钼片集流体之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力20kg/cm2压强压实，以形成厚度120 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于Imol/mL硫酸钠电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经Imol/mL硫酸钠电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有1.8V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有210F/g的比电容，10A/g具有 150F/g，100A/g具有90F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例9以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的2mg/mL空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 900°C制备空心碳纳米笼，在5mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散30分钟，形成浓度为ang/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液，量取150 μ L该悬浊液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力lOkg/cm2压强压实，以形成厚度130 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于5mol/mL硫酸钠电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经5mol/mL硫酸钠电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有1.3V的工作电压，在放电速率为lA/g时具有约210F/g的比电容，ΙΟΑ/g具有 180F/g，100A/g具有110F/g。实施例10以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的2. 5mg/mL 670°C合成空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 670°C合成空心碳纳米笼，在4mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散40分钟，形成浓度为2. 5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液， 量取175 μ L该悬浊液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之后在薄膜之上施加压力lOkg/cm2压强压实，以形成厚度160 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于Imol/mL高氯酸锂电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经Imol/mL高氯酸锂电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有1. 8V的工作电压， 在放电速率为0. lA/g时具有220F/g的比电容，10A/g具有 160F/g，100A/g具有100F/g。 其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例11以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的0. lmg/mL 750°C合成空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 750°C合成空心碳纳米笼，在IOOmL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散45分钟，形成浓度为0. lmg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液，量取200 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力lOkg/cm2压强压实，以形成厚度180 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于5mol/mL高氯酸锂电解液中备用。 将两个依上述方法制成的电极用经5mol/mL高氯酸锂电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有的比电容，10A/g具有 170F/g，100A/g具有100F/ go其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例12以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的5mg/mL 800°C合成空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 800°C合成空心碳纳米笼，在2mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散35分钟，形成浓度为5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液， 量取220 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力20kg/cm2压强压实，以形成厚度200 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于2mol/mL硫酸电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经2mol/mL硫酸电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有M0F/g的比电容，10A/g具有 170F/g，100A/g具有110F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。
实施例13以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的5mg/mL 850°C合成空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 850°C合成空心碳纳米笼，在2mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散35分钟，形成浓度为5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液， 量取25 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力lOkg/cm2压强压实，以形成厚度15 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于4mol/mL硫酸电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经4mol/mL硫酸电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有230F/g的比电容，ΙΟΑ/g具有 165F/g，100A/g具有100F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例14以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的5mg/mL 900°C合成空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 900°C合成空心碳纳米笼，在2mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散45分钟，形成浓度为5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液， 量取25 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力lOkg/cm2压强压实，以形成厚度15 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于0. Imol/mL硫酸电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经0. Imol/mL硫酸电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有1.3V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有220F/g的比电容，10A/g具有 155F/g，100A/g具有98F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例15以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的5mg/mL 950°C合成空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 950°C合成空心碳纳米笼，在2mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散45分钟，形成浓度为5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液， 量取25 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之后在薄膜之上施加压力20kg/cm2压强压实，以形成厚度15 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于0. Imol/mL硫酸电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经0. Imol/mL硫酸电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有200F/g的比电容，10A/g具有 140F/g，100A/g具有90F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例16以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的5mg/mL 1000°C合成空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 1000°C合成空心碳纳米笼，在2mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散45分钟，形成浓度为5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液， 量取25 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力lOkg/cm2压强压实，以形成厚度15 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于5mol/mL硫酸电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经5mol/mL硫酸电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有170F/g的比电容，ΙΟΑ/g具有 110F/g，100A/g具有80F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例17以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的2. 5mg/mL 1050°C合成空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 1050°C合成空心碳纳米笼，在4mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散45分钟，形成浓度为2. 5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液， 量取25 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力lOkg/cm2压强压实，以形成厚度15 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于0. Imol/mL硫酸电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经0. Imol/mL硫酸电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有150F/g的比电容，10A/g具有 110F/g，100A/g具有75F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。实施例18以水-乙醇-5% Nafion溶液为分散液配置的5mg/mL 1100°C合成空心碳纳米笼悬浊液以玻璃碳为集流体制成的电极。称取IOmg 1100°C合成空心碳纳米笼，在2mL水-乙醇-5% Nafion混合液(比例为4 0.8 0.2)中超声分散45分钟，形成浓度为5mg/mL空心碳纳米笼浆液悬浊浆液， 量取25 μ L该悬浊浆液，滴加至直径5mm的玻璃碳集流体之上，在电极干燥之前在薄膜之上施加压力lOkg/cm2压强压实，以形成厚度15 μ m的均勻薄膜，待其自然干燥，即得到基于空心碳纳米笼的超级电容器电极，将此电极浸泡于0. Imol/mL硫酸电解液中备用。将两个依上述方法制成的电极用经0. Imol/mL硫酸电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。依据此法得到的超级电容器具有0. 9V的工作电压，在放电速率为0. lA/g时具有130F/g的比电容，10A/g具有 90F/g，100A/g具有70F/g。其稳定性已被10000周高速充放电实验证实。
权利要求
1.一种基于空心碳纳米笼的超级电容器的组装方法，其特征在于包括如下步骤1)配置空心碳纳米笼浆液将水、有机溶剂和Nafion按体积比4 0. 8 0. 2混合，得到浓度为5%的Nafion混合溶液；再将在670-1100°C下合成的空心碳纳米笼超声分散于前述混合溶液中，形成空心碳纳米笼浆液；2)取步骤1)中配置的空心碳纳米笼浆液均勻涂抹于集流体之上，待其自然干燥，即制得空心碳纳米笼电极，将此电极浸泡于下述所用电解液中备用。3)组装基于空心碳纳米笼电极的超级电容器将依步骤2)得到的两个相同的电极用经电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于其特征是步骤1)中，有机溶剂是乙醇，丙醇或丙酮中的任意一种或一种以上任意比例的混合物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于其特征是步骤1)中，空心碳纳米笼浆液的浓度可为0. 1 10mg/mL。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于其特征是步骤1)中，其特征是步骤1)中，超声分散时间不低于30分钟不超过60分钟。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于其特征是步骤2)中，集流体选自玻璃碳、铜片、不锈钢片、钼片或铝片。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2)中，空心碳纳米笼浆液涂抹于集流体之上经干燥后所形成的涂覆层的厚2-200 μ m空心碳纳米笼电极薄膜。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤幻中，在电极干燥之前或之后在涂覆层之上施加压力，以形成均勻涂覆层。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于步骤幻中，在电极干燥之前或之后在涂覆层之上施加的压力为l_20kg/cm2。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3)中，所述电解液选自硫酸、碱金属氢氧化物、硫酸盐或高氯酸盐，浓度为0. l-5mol/mL。
全文摘要
本发明涉及一种基于空心碳纳米笼的超级电容器的组装方法，包括如下步骤1)将水、有机溶剂和Nafion按体积比4∶0.8∶0.2混合，得到浓度为5％的Nafion混合溶液；再将在670-1100℃下合成的空心碳纳米笼超声分散于前述混合溶液中，形成空心碳纳米笼浆液；2)空心碳纳米笼浆液均匀涂抹于集流体之上，待其自然干燥，即制得空心碳纳米笼电极，将此电极浸泡于下述所用电解液中备用；3)将依步骤2)得到的两个相同的电极用经电解液浸润的离子透过膜隔开，压紧并密封两个电极，即组装成为超级电容器。采用本发明得到的超级电容器具有较好的稳定性，对于0.255mg/cm2厚度的电极在低充放电速率下最大的比电容为260F/g，在较高充放电速率下仍能保持高性能。
文档编号H01G9/042GK102568856SQ201210065748
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者吴强, 杨立军, 王喜章, 胡征, 谢克, 陈盛 申请人:南京大学