基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器及其制备方法与流程

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器及其制备方法。

背景技术：

在影响超级电容器的性能因素中，电极材料是最关键的因素。目前用于超级电容器电极的材料主要分为三类，包括：炭电极材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。其中，以炭材料制作的炭电极最为普遍。碳材料是研究最早、应用最广泛，同时也是商业化最为成熟的电极材料的主要分支。应用于超级电容器电极的碳材料包括活性炭，碳气凝胶，碳纳米管以及石墨烯等。碳材料的主要优点包括可比表面积（ssa）大，电导率高，孔径的尺寸大且分布广，质量小，环保，且储量丰富等，是适宜的商业化电极材料。在学术界和工业界对于把不同的碳材料应用于各种电化学储能装置中有很大兴趣，不同维度的纳米碳电极材料也相继出现，如纳米纤维，纳米管，石墨烯及多孔碳材料等。这些纳米材料因具有极高的比表面积，特殊的尺寸效应以及独特的电特性因而进一步推动了炭电极材料的应用。

超级电容器用活性碳的成本相对较低、制备技术比较成熟、制备工艺简单，是双电层电容器的首选电极材料，已经实现了产业化。但是，活性炭材料的体积比容量和稳定性有待提高。另外，活性炭本身导电性比较差，导致内阻增加，需要添加其它导电剂，以改善碳电极材料的内阻；活性炭的孔径也因太小因而不能使电解液有效通过，以活性炭制备的双电层电容的实际电容只有理论电容的10-20%。因此需要寻找改善活性炭电极性能的方法，以进一步推动活性炭电极的研究和应用；目前应用于活性炭电极的导电剂主要是导电炭黑，后来也有石墨烯等也作为导电剂添加进活性炭电极。但这些导电添加剂价格过高，阻碍其进一步开拓市场的潜力。

技术实现要素：

本发明提供一种基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器，该超级电容器是以活性炭/叶绿素铜钠为电极材料的柔性对称固态超级电容器，其中叶绿素铜钠又兼做导电剂。由于叶绿素铜钠原料来源丰富，制作简单，成本较低，兼之导电性较好，可替代导电炭黑、石墨烯等，应用于超级电容器的电极材料上，以其制作的超级电容器既保持活性炭超级电容器的良好性能，又可降低其制作成本，具有潜在的应用价值。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器，包括电解质，所述电解质的上侧从上至下设置有集流体和电极，所述电解质的下侧从上至下设置有电极和集流体；所述电极为活性炭/叶绿素铜钠复合电极。

进一步地，所述集流体为铜箔、铝箔、不锈钢箔片、泡沫镍和泡沫铜中的一种。

进一步地，所述电解质为koh-pva混合物、h2so4-pva混合物、离子液体电解质和有机系电解质中的一种。

进一步地，所述活性炭/叶绿素铜钠复合电极由活性炭、叶绿素铜钠和粘结剂pvdf制成，其中活性炭与叶绿素铜钠质量比为(1:9)~(9:1)，活性炭和叶绿素铜钠的总质量与粘结剂pvdf的质量比为9：1。

上述基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器的制备方法包括以下步骤：

（1）将活性炭、叶绿素铜钠和粘结剂pvdf溶于有机溶剂nmp后，再经超声混匀后磁力搅拌4h，得活性炭/叶绿素铜钠复合电极浆料；

（2）将步骤（1）所得的活性炭/叶绿素铜钠复合电极浆料涂覆于集流体上并在100℃温度下烘干，得到活性炭/叶绿素铜钠复合电极；

（3）将电解质涂敷于活性炭/叶绿素铜钠复合电极上，待其达到半晾干状态得到超级电容器半成品。

（4）将两片半成品相互叠放，待完全晾干后用pet塑料膜对其进行封装，得到基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器。

进一步地，上述步骤（1）中所述的活性炭和叶绿素铜钠质量比为(1:9)~(9:1)，所述活性炭和叶绿素铜钠的总质量与粘结剂pvdf的质量比为9：1。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明采用的复合电极中活性炭和叶绿素铜钠来源都非常丰富，成本较低又绿色环保，制作工艺也比较简单，因而作为超级电容器的电极材料具有极大的潜在价值。其中，叶绿素铜钠既作为复合电极材料之一，又兼做导电剂，替代较为高成本的导电炭黑或者石墨烯等，可在保持超级电容器性能的基础上，降低活性炭基超级电容的制作成本。

附图说明

图1是本发明的基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器结构示意图；

图2是本发明实施例1制得的超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安特性图；

图中：1-集流体、2-电极、3-电解质。

具体实施方式

实施例1（参考图1）

一种基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器，包括电解质，所述电解质的上侧从上至下设置有集流体和电极，所述电解质的下侧从上至下设置有电极和集流体；所述电极为活性炭/叶绿素铜钠复合电极。

本实施例中，所述集流体为泡沫镍。

本实施例中，所述电解质为pva-koh混合物。

本实施例中基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器制备方法包括以下步骤：

（1）将将活性炭、叶绿素铜钠和粘结剂pvdf按质量比为4:5:1混合，然后加入12ml有机溶剂nmp后，经超声混匀后磁力搅拌4h，得活性炭/叶绿素铜钠复合电极浆料；

（2）将泡沫镍按照1.5cm×1.5cm规格裁剪，并边缘引出两条电极接触线，然后将步骤（1）所得的活性炭/叶绿素铜钠复合电极浆料涂覆于泡沫镍上并在100℃温度下烘干；

（3）将4gpva加入40ml超纯水中混合，然后置于95℃的水浴中搅拌20min，冷却后得到pva溶液；再将5.61gkoh加入20ml超纯水中并磁力搅拌均匀，然后缓慢滴入得到的pva溶液中，搅拌2h后得到pva-koh混合物；最后将pva-koh混合物涂敷于活性炭/叶绿素铜钠复合电极上，待其达到半晾干状态得到超级电容器半成品。

（4）将两片半成品相互叠放，待完全晾干后用pet塑料膜对其进行封装，得到基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器。

性能测试：

图2所示是根据实施例1所制备的对称固态超级电容器在扫描速率分别为20、50和100mv/s的循环伏安特性曲线图。据此计算出该超级电容器面积比电容值分别为86.4mf/cm²，45.4mf/cm²和26.1mf/cm²。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及了一种基于活性炭/叶绿素铜钠复合电极的超级电容器，包括电解质，所述电解质的上侧从上至下设置有集流体和电极，所述电解质的下侧从上至下设置有电极和集流体；所述电极为活性炭/叶绿素铜钠复合电极。本发明采用的活性炭是常用的超级电容器电极材料，与叶绿素铜钠一样来源非常丰富，成本较低又绿色环保；其中叶绿素铜钠既可作为超级电容器的电极材料使用，同时在复合电极中又兼做导电剂，可在保持超级电容器性能的基础上，替代其它用于活性炭电极的相对高成本导电剂，从而降低基于活性炭的超级电容器的制作成本。

技术研发人员：阮凯斌;陈伟明;朱广超;陈丽敏;王玉柱;胡启昌;龙博;吴义炳;张洪
受保护的技术使用者：福建农林大学
技术研发日：2018.11.30
技术公布日：2019.02.12