一种水系非对称超级电容器及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种水系非对称超级电容器及其制备方法，包括正极、负极和电解质溶液，所述正极的材料为氧化石墨烯/聚吡咯复合材料，所述负极为碳材料，所述电解质溶液为水溶性电解质溶液；其制备方法包括如下步骤：（1）制备氧化石墨烯/聚吡咯复合材料；（2）制备氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极；（3）制备碳材料负极；（4）以所述水溶性电解质溶液为基础组装成所述水系非对称超级电容器。本发明的水系非对称超级电容器的工作电压范围为0.8～1.8V，比电容可达到水系碳材料对称超级电容器的1.5～3倍，能量密度可提高4～10倍，功率密度可提高2～6倍。
【专利说明】一种水系非对称超级电容器及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于化学电源【技术领域】，具体涉及一种水系非对称超级电容器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器又称超大容量电容器或电化学电容器，是一种重要的电化学能量存储与转换装置。超级电容器具有功率密度高、能瞬间大电流快速充放电、循环寿命长、使用温度范围广、环境友好、成本低廉等特点，是真正绿色能源。它在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、通信、国防、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。然而与传统的化学电池相比，超级电容器的能量密度较低，限制了它的应用范围。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种水系非对称超级电容器。
[0004]本发明的另一目的在于提供上述水系非对称超级电容器的制备方法。
[0005]本发明的具体技术方案如下:
[0006]一种水系非对称超级电容器，包括正极、负极和电解质溶液，所述正极的材料为氧化石墨烯/聚吡咯复合材料，所述负极为碳材料，所述电解质溶液为水溶性电解质溶液。
[0007]在本发明的一个优选实施方案中，所述碳材料为活性炭、纳米碳纤维、碳纳米管或石墨烯，所述水溶性电解质溶液为Na2SO4或K2SO4水溶液。
[0008]在本发明的一个优选实施方案中，所述水溶性电解质溶液的浓度为0.5?IOmol/L0
[0009]本发明的另一技术方案如下:
[0010]一种上述水系非对称超级电容器的制备方法，包括如下步骤:
[0011](I)制备氧化石墨烯/聚吡咯复合材料；
[0012](2)制备氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极；
[0013](3)制备碳材料负极；
[0014](4)以所述水溶性电解质溶液为基础组装成所述水系非对称超级电容器。
[0015]在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(I)具体如下:将氧化石墨超声分散于去离子水中形成氧化石墨烯溶液，然后加入吡咯单体，配成氧化石墨烯与吡咯单体的混合溶液，再加入对苯甲磺酸钠和过硫酸铵，在O?5°C下反应12?36h ;将反应后的混合溶液抽真空过滤，再用水冲洗，真空干燥，即得到的所述氧化石墨烯/聚吡咯复合材料。
[0016]在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2 )具体如下:将步骤(I)制得的氧化石墨烯/聚吡咯复合材料、石墨、聚四氟乙烯混合，加入NMP球磨5?IOh制成浆体，最后将浆体涂覆在泡沫镍上，真空烘干，压制成薄片，得到氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极。
[0017]在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)具体如下:将碳材料、石墨、聚四氟乙烯混合，加入NMP球磨5?IOh制成浆体，最后将浆体涂覆在泡沫镍上，真空烘干，压制成薄片，得到碳材料负极。
[0018]在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)具体如下:根据正极与负极的工作电压和比电容对氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极与碳材料负极进行裁剪，以多孔聚丙烯薄膜为隔膜，以水溶性电解质溶液为基础，组装成水系非对称超级电容器。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]本发明的水系非对称超级电容器，包括正极、负极和电解质溶液，所述正极的材料为氧化石墨烯/聚吡咯复合材料，所述负极为碳材料，所述电解质溶液为水溶性电解质溶液，其工作电压范围为0.8?1.8V，比电容可达到水系碳材料对称超级电容器的1.5?3倍，能量密度可提高4?10倍，功率密度可提高2?6倍。
【具体实施方式】
[0021]以下通过【具体实施方式】对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
[0022]实施例1
[0023](I)将氧化石墨超声分散于去离子水中形成浓度为4mg/mL的氧化石墨烯溶液，然后加入质量是氧化石墨10倍的吡咯单体，配成氧化石墨烯与吡咯单体的混合溶液，再加入对苯甲磺酸钠和过硫酸铵至浓度为0.03mol/L (根据需要在0.01?0.05mol/L范围内调整)，在O?5°C下反应24h (根据需要在12?36h范围内调整);将反应后的混合溶液抽真空过滤，再用水冲洗3?5次，在100°C下(根据需要在40?120°C范围内调整)真空干燥，即得到所述氧化石墨烯/聚吡咯复合材料。
[0024](2)将步骤(I)制得的氧化石墨烯/聚吡咯复合材料、石墨、聚四氟乙烯按质量比85:10:5混合，加入51111/18 NMP球磨8h (根据需要在5?IOh范围内调整)制成浆体，最后将浆体涂覆在泡沫镍上，100°C下真空烘干，用IOMPa压力压制成薄片，得到氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极。
[0025](3)将活性炭、石墨、聚四氟乙烯按质量比85:10:5混合,加入5ml/IgNMP球磨8h(根据需要在5?IOh范围内调整)制成浆体，最后将浆体涂覆在泡沫镍上，100°C下真空烘干，用IOMPa压力压制成薄片，得到碳材料负极。
[0026](4)根据正极与负极的工作电压和比电容对氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极与碳材料负极进行裁剪，以多孔聚丙烯薄膜为隔膜，以6mol/L Na2SO4水溶液为基础，组装成水系非对称超级电容器。
[0027]实施例2
[0028]步骤(I)和(2 )同实施例1 ;
[0029](3)将石墨烯、石墨、聚四氟乙烯按质量比85:10:5混合，加入5ml/IgNMP球磨8h制成浆体，最后将浆体涂覆在泡沫镍上，10(TC下真空烘干，用IOMPa压力压制成薄片，得到碳材料负极。
[0030](4)根据正极与负极的工作电压和比电容对氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极与碳材料负极进行裁剪，以多孔聚丙烯薄膜为隔膜，以6mol/L K2SO4水溶液为基础，组装成水系非对称超级电容器。
[0031 ] 上述实施例中，所述碳材料还可以为纳米碳纤维或碳纳米管，所述水溶性电解质溶液的浓度还可以为为0.5?10mol/L。
[0032]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，SP依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种水系非对称超级电容器，包括正极、负极和电解质溶液，其特征在于:所述正极的材料为氧化石墨烯/聚吡咯复合材料，所述负极为碳材料，所述电解质溶液为水溶性电解质溶液。
2.如权利要求1所述的一种水系非对称超级电容器，其特征在于:所述碳材料为活性炭、纳米碳纤维、碳纳米管或石墨烯，所述水溶性电解质溶液为Na2SO4或K2SO4水溶液。
3.如权利要求2所述的一种水系非对称超级电容器，其特征在于:所述水溶性电解质溶液的浓度为0.5?lOmol/L。
4.一种权利要求1至3中任一权利要求所述的水系非对称超级电容器的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)制备氧化石墨烯/聚吡咯复合材料； (2)制备氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极； (3)制备碳材料负极； (4)以所述水溶性电解质溶液为基础组装成所述水系非对称超级电容器。
5.如权利要求4所述的水系非对称超级电容器的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)具体如下:将氧化石墨超声分散于去离子水中形成氧化石墨烯溶液，然后加入吡咯单体，配成氧化石墨烯与吡咯单体的混合溶液，再加入对苯甲磺酸钠和过硫酸铵，在O?5°C下反应12?36h ;将反应后的混合溶液抽真空过滤，再用水冲洗，真空干燥，即得到的所述氧化石墨烯/聚吡咯复合材料。
6.如权利要求4所述的水系非对称超级电容器的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)具体如下:将步骤(I)制得的氧化石墨烯/聚吡咯复合材料、石墨、聚四氟乙烯混合，加入NMP球磨5?IOh制成浆体，最后将浆体涂覆在泡沫镍上，真空烘干，压制成薄片，得到氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极。
7.如权利要求4所述的水系非对称超级电容器的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)具体如下:将碳材料、石墨、聚四氟乙烯混合，加入NMP球磨5?IOh制成衆体,最后将衆体涂覆在泡沫镍上，真空烘干，压制成薄片，得到碳材料负极。
8.如权利要求4所述的水系非对称超级电容器的制备方法，其特征在于:所述步骤(4)具体如下:根据正极与负极的工作电压和比电容对氧化石墨烯/聚吡咯复合材料正极与碳材料负极进行裁剪，以多孔聚丙烯薄膜为隔膜，以水溶性电解质溶液为基础，组装成水系非对称超级电容器。
【文档编号】H01G11/84GK103887076SQ201410027225
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】范乐庆, 吴季怀 申请人:华侨大学