生物质基胶体电解质及生物质基胶体电解质超级电容器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及生物质基胶体电解质及生物质基胶体电解质超级电容器。
【背景技术】
[0002]超级电容器是一种比传统电容器能量密度高，比二次电池功率密度大的新型储能器件。其具有充放电速度快、效率高、循环寿命长、工作温度范围宽、安全性高等优点，在电动汽车、武器装备、航空航天以及电力储能等领域具有广阔的应用前景。
[0003]目前超级电容器均使用水系或有机系电解液,在运输和使用过程中，超级电容器的外壳容易出现破损，发生电解液的泄漏。此外，电解液的腐蚀作用也有可能造成超级电容器外壳的破损。超级电容器电解液的外泄，不仅会使其性能严重衰减，而且还会对环境造成污染。胶体电解质呈现出一种半固、半液状态，游离的液体很少，能够克服液体电解质(如强酸、强碱等)腐蚀性强、环境污染重等不足，以及有机电解液(尤其是锂离子电池电解液)易燃等缺陷，从而避免发生电解液泄漏及火灾等安全事故。中国专利200910048961.9报道了基于聚丙烯酰胺凝胶电解质的碳基超级电容器及制备方法。这种超级电容器以聚丙烯酰胺凝胶为电解质，用该方法制备的超级电容器能快速充放电、窗口电压范围宽，具有良好的电化学电容器性能。但是，聚丙烯酰胺凝胶的制备过程复杂，需要添加交联剂、缓冲溶液和引发剂，增加了成本。中国专利201110372216.7报道了一种混合型固态超级电容器，该超级电容器以含有H2S04的聚合物凝胶或固体电解质为隔膜，该超级电容器具有高能量密度、高功率密度、高安全性、低成本、无污染的特点。
[0004]一直以来，海石花菜胶冻作为一种食物被广泛食用，是一种纯天然绿色物质，对环境友好。另外，海石花菜凝胶具有机械强度好，有弹性，透明，相对化学稳定等优点，非常适合用于超级电容器的凝胶电解质。海石花菜凝胶制备工艺简单，不需要添加任何交联剂和引发剂，成本低，易于实现实现大规模生产。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种对设备及环境要求不高的生物质基胶体电解质的制备方法以及相应的超级电容器。采用该胶体电解质组装的超级电容器能避免电解液的泄漏，而且其中的生物质基胶体电解质有着与液态电解液几乎接近的离子电导率。
[0006]本发明一种生物质基胶体电解质，制备方法为:该生物质基胶体电解质是以海石花菜为原料，在去离子水中熬制形成溶胶，然后和不同种类的电解液混合形成胶体电解质。
[0007]—种生物质基胶体电解质的制备方法，包括如下步骤:
[0008](1)称取一定量的海石花菜，用去离子水冲洗干净，然后将海石花菜在去离子水中浸泡2?5h，将水倒掉。
[0009](2)量取一定体积的去离子水倒入烧杯中，将浸泡好的海石花菜放入去离子水中，加热至水沸腾。持续加热一段时间使海石花菜溶解，然后将残渣过滤掉。其中海石花菜与去离子水的质量比为1:50到1:200，持续加热时间为2?5h。
[0010](3)将上述溶液用小火熬煮一段时间将多余的水分蒸发掉。其中小火熬煮时间为2?6h,最后熬制的凝胶冻的浓度为5?50%。
[0011 ] (4)将事先配制好的电解质水溶液倒入上述溶液中，充分搅拌使二者混合均匀，然后冷却，放置24h形成胶体电解质。
[0012]其中电解液为酸溶液、碱溶液、盐溶液中的一种或多种。
[0013]构成胶体电解质的酸为硫酸、盐酸、硝酸和磷酸中的一种或多种，其浓度为0.1?3mol/L ;构成胶体电解质的碱为氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或两种，其浓度为0.1?lOmol/L;构成胶体电解质的盐为可溶性锂盐、钠盐、钾盐和亚铁氰化钾中的一种或多种，其浓度为0.1?2mol/L。
[0014]本发明所述的采用生物质基胶体电解质组装的超级电容器，由电极、网状隔膜、胶体电解质、集流体、接线端子和外壳构成，该网状隔膜位于正电极和负电极之间，将正、负电极隔开。
[0015]本发明所述的采用生物质基胶体电解质组装的超级电容器，其制备方法包括如下步骤:
[0016](1)将正或负电极活性物质和导电剂、粘接剂、溶剂进行混合，然后采用辊压法制成正、负极膜片；将正、负极膜片按所需尺寸进行剪切，然后再将其与泡沫镍或不锈钢网集流体进行压合，得到正负极片；
[0017](2)首先将正负极片交替叠放，并用网状隔膜将极片相互隔开，最后再用隔膜将叠放整齐的极片与隔膜从外部缠紧；
[0018](3)将步骤(2)得到的超级电容器电芯采用硬包装或软包装方式进行封装；
[0019](4)将电解质溶胶注入步骤(3)封装好的超级电容器内，使正、负电极片上的活性物质得到电解质溶胶的充分浸润，网状隔膜的网孔内充满电解质溶胶；
[0020](5)将注入电解质溶胶的超级电容器静置一段时间，使注入的电解质溶胶完全转变为电解质凝胶。
[0021]本发明所述采用生物质基胶体电解质组装的超级电容器，其特征在于:用作正、负电极活性物质的碳基材料为活性炭、有序介孔炭、碳气凝胶、碳纳米管、石墨烯、石墨及其复合材料中的一种或多种。用作正、负电极活性物质的金属氧化物为氧化钌、二氧化锰、氧化镍、氢氧化镍、氧化钴、钛酸锂中的一种或多种。用作正、负电极活性物质的导电聚合物为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、氨基蒽醌、氨基萘醌及其衍生物中的一种或多种。用作正、负电极活性物质的复合材料由碳基材料、金属氧化物和导电聚合物中的两种及两种以上材料构成。
[0022]用于超级电容器的网状隔膜为玻璃纤维网、尼龙丝网、聚酯丝网、蚕丝网、棉丝网中的一种；网孔目数为5?1500目。
[0023]所述的导电剂为:乙炔黑、导电炭黑和石墨粉中的一种或两种及两种以上的混合物。
[0024]所述的粘接剂为:丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠盐、聚乙醇缩丁醛中的一种或或两种及两种以上的混合物。
[0025]所述的溶剂为:水、乙醇和正丁醇中的一种或两种及两种以上的混合物。
[0026]采用本发明的方法制作的生物质基胶体电解质和相应的超级电容器具有如下技术优势:
[0027]第一，采用海石花菜作为原料，来源广泛，价格便宜。另外，在制备过程中不需要交联剂和引发剂就能形成凝胶冻，能够节约成本。而且本发明的方法制备的生物质基胶体电解质有着与液态电解液几乎接近的离子电导率。
[0028]第二，采用该发明组装的生物质基胶体电解质超级电容器不但具有液体电解质超级电容器所不能比拟的安全性，而且具有很高的倍率性能(即大电流充放电的能力)以及封装形式多样的优点。该体系超级电容器具有内阻低和功率密度高的优点。
[0029]此外，本发明对设备和环境的要求较低，操作简单，易于实现大规模工业化生产。
【附图说明】
[0030]图1为实施例1所制备的生物质基胶体电解质超级电容器在不同电流密度下的充放电曲线；
[0031]图2为实施例1所制备的生物质基胶体电解质超级电容器的交流阻抗谱图；
[0032]图3为实施例2所制备的生物质基胶体电解质超级电容器在不同电流密度下的充放电曲线；
[0033]图4为实施例2所制备的生物质基胶体电解质超级电容器的交流阻抗谱图；
[0034]图5为实施例3所制备的生物质基胶体电解质超级电容器在不同电流密度下的充放电曲线；