实例2(3)相同。
[0068] (4)将碳纸/氢氧化钴电极作为正极，泡沫镍/活性炭电极作为负极，以离子交换 膜为隔膜，正极注入50mllmol/LK0H与0? 1111〇1/1的1^^化的6的混合溶液，负极注入50ml lmol/LKOH与0?lmol/L的1^^化的6的混合溶液，组装成两极室分别加入氧化剂和还原剂、 电极面积为100cm2的新型氢氧化钴-活性炭非对称电容器。
[0069] 上述非对称超级电容器不同扫速的循环伏安曲线，如图4所示；
[0070] 上述非对称超级电容器不同电流密度下的充放电曲线，如图5所示；从充放电曲 线中可以看出，该非对称超级电容器在含有氧化还原物质时，其倍率特性需要进一步改善。
[0071] 对上述新型非对称电容器进行充放电测试，最大电位窗口 1. 6V，电流密度为1mA/ cm2,该新型电容器的比电容和能量密度分别为107F/g和38Wh/kg。（图6 (d)所示）
[0072] 实施实例6 :
[0073] ⑴与实施实例2(1)相同。
[0074] (2)与实施实例2(2)相同。
[0075] (3)与实施实例2(3)相同。
[0076] (4)将碳纸/氢氧化钴电极作为正极，泡沫镍/活性炭电极作为负极，以离子交换 膜为隔膜，正极注入50mllmol/LK0H与0. 4mol/L的K3Fe(CN) 6的混合溶液，负极注入50ml lmol/LKOH与0. 4mol/L的K4Fe(CN) 6的混合溶液，组装成两极室分别加入氧化剂和还原剂、 电极面积为100cm2的新型氢氧化钴-活性炭非对称电容器。对上述新型非对称电容器进 行充放电测试，最大电位窗口 1. 6V，电流密度为ImA/cm2,该新型电容器的比电容和能量密 度分别为320F/g和113. 8Wh/kg。（和图6 (e)所示）。
[0077] 综上，实施实例1-6中超级电容器的氧化还原物质浓度对电容性能的影响总结如 下：
[0078] 表 1
[0079]
【主权项】
1. 一种两极室分别添加铁氯化钟和亚铁氯化钟非对称超级电容器，包括正极、负极、离 子交换膜W及电解液，其特征在于： 所述离子交换膜位于正负极之间，将电容器的正极室和负极室隔开； 所述电解液为碱性水溶液，且在正极室的电解液中添加有铁氯化钟溶液，铁氯化钟溶 液浓度为0. 01?0. 5mol/L ;负极室的电解液中添加有亚铁氯化钟溶液，亚铁氯化钟溶液浓 度为 0. 01 ?0. 5mol/L。
2. -种两极室分别添加铁氯化钟和亚铁氯化钟非对称超级电容器的制备方法，其特征 在于： 步骤1 ;将碳材料经过有机溶剂超声处理，除去有机杂质；将碳材料经过盐酸或硫酸酸 化处理，除去无机杂质，提高碳材料比表面积，采用恒电位或恒电流电化学沉积，在经过处 理的碳材料上生长氨氧化钻薄膜，得到氨氧化钻电极，将其作为超级电容器正极使用； 步骤2 ;将泡沫镶或碳材料作为基底，经过有机溶剂、无机酸和去离子水处理，除去有 机物和氧化膜，将活性炭与导电剂、粘结剂进行混合，刮涂或喷涂于经过处理的基底上，得 到活性炭电极，将其作为超级电容器负极使用； 步骤3 ;将离子交换膜经过双氧水和无机酸处理，除去表面有机物、无机金属离子杂 质，用去离子水洗净后放入所使用的碱性溶液中浸泡待用； 步骤4;将超级电容器正极、负极、离子交换膜、密封胶垫和端板，通过螺栓组合成超级 电容器单体，或将多个正极、负极、离子交换膜、密封胶垫和端板组装成多个电极的超级电 容器组；采用医用注射器或真空累方式，将电解液沿着预留孔道分别注入正极室、负极室， 固定后密封； 步骤5 ;根据需要使用步骤4中组装的超级电容器单体、超级电容器组进行串联或并 联，从而达到所要求的电流和电压； 步骤6 ;采用S电极体系或两电极体系对单电极、单个超级电容器或超级电容器组W 及多组超级电容器进行电化学测量，测量方法为循环伏安法、恒电流充放电法或交流阻抗 法等。
3. 如权利要求2所述的一种两极室分别添加铁氯化钟和亚铁氯化钟非对称超级电容 器的制备方法，其特征在于；在步骤1中，碳材料基底包括碳纤维布、碳纤维拉、碳纤维纸或 石墨，对上述碳材料表面进行处理，得到清洁碳材料基底；具体为，在有机溶剂中浸泡1?5 小时，然后超声5?60分钟，所述有机溶剂为丙酬或己醇；在无机酸中浸泡1?5小时，然 后超声5?60分钟，所述无机酸为盐酸或硫酸；最后，在去离子水中浸泡1?5小时，然后 超声5?60分钟，除去无机酸。
4. 如权利要求2所述的一种一种两极室分别添加铁氯化钟和亚铁氯化钟非对称超级 电容器的制备方法，其特征在于；在步骤1中，采用电化学沉积技术，得到碳材料/氨氧化钻 电极，作为超级电容器正极使用；在电化学沉积过程中，沉积时间为lOmin?化，电解液硝 酸钻浓度为0. 1?2mol/l，沉积温度为30?60°C，沉积电位选择-0. 6V?-1. 3V，单位面积 沉积电流大小为0. 01A?2A/cm2,单位面积活性物质氨氧化钻质量为0. 5?15mg/cm2。
5. 如权利要求2所述的一种一种两极室分别添加铁氯化钟和亚铁氯化钟非对称超级 电容器的制备方法，其特征在于；在步骤2中，对泡沫镶或碳材料表面处理，得到清洁泡沫 镶或碳材料基底；泡沫镶或碳材料分别在有机溶剂中浸泡1?5小时，然后超声5?60分 钟，有机溶剂包括丙酬或己醇；在无机酸中浸泡1?5小时，然后超声5?60分钟，无机酸 主要为盐酸或硫酸；最后，在去离子水中浸泡1?5小时，然后超声5?60分钟，除去无机 酸。
6. 如权利要求2所述的一种一种两极室分别添加铁氯化钟和亚铁氯化钟非对称超级 电容器的制备方法，其特征在于；在步骤2中，采用刮涂或喷涂方法，得到泡沫镶或碳材料/ 活性炭电极，作为超级电容器负极使用，活性炭与导电剂、粘结剂按照80?90:5?15:3? 7的比例混合，单位面积上刮涂或喷涂于泡沫镶或碳材料上的混合物的质量为1?50mg/ cm]。
7. 如权利要求2所述的一种一种两极室分别添加铁氯化钟和亚铁氯化钟非对称超级 电容器的制备方法，其特征在于；在步骤3中，对超级电容器隔膜离子交换膜进行处理，具 体为，双氧水体积分数为2?10%，处理温度为60?80°C，处理时间为0. 5?3个小时，除 去有机物杂质；无机酸包括稀盐酸或稀硫酸，处理温度为60?80°C，处理时间为0. 5?3个 小时，除去无机物杂质。
8. 如权利要求2所述的一种一种两极室分别添加铁氯化钟和亚铁氯化钟非对称超级 电容器的制备方法，其特征在于；在步骤4中，采用端板、螺栓和胶垫对电容器进行组装与 密封；超级电容器外壳为方形、长方形或圆形，电解液体积根据外壳尺寸和电极数量的改变 而改变，单体超级电容器电解液体积为5ml?2000ml。
9. 如权利要求2所述的一种一种两极室分别添加铁氯化钟和亚铁氯化钟非对称超级 电容器的制备方法，其制备方法特征在于，在步骤4中，电解液为碱性水溶液，含氨氧化钟、 氨氧化钢或氨氧化裡的碱性溶质，浓度为0. 5?6mol/L ;正极室中添加氧化性物质铁氯化 钟，其浓度为0. 01?0. 5mol/L ;负极室中添加还原性物质亚铁氯化钟，其浓度为0. 01? 0.5mol/L。
10. 如权利要求2所述的一种一种两极室分别添加铁氯化钟和亚铁氯化钟非对称超级 电容器的制备方法，其特征在于；在步骤5中，超级电容器包括不同大小电极面积超级电容 器和多个或多组超级电容器组装；电极面积为1cm 2?2500cm2;超级电容器组由多个超级电 容器并联组成，其数量为2?100个或更多，通过串联或并联的方式组成电路，获得所要求 的电流和电压。
【专利摘要】本发明涉及两极室分别添加铁氰化钾和亚铁氰化钾非对称超级电容器及其制备方法。本发明在正极室中加入铁氰化钾，负极室中加入亚铁氰化钾，采用离子交换膜将正负极室隔开，组装成为单体超级电容器或多体超级电容器组。通过固体电极和液体电解质同时提供电容实现了超级电容器与液流电池的有机结合。该电容器的正极实现了氢氧化钴与铁氰化钾的赝电容叠加；负极实现了活性炭双电层电容与亚铁氰化钾的赝电容叠加。因此，本发明的超级电容器具有非常高的能量密度。本发明在负极室中选择K4Fe(CN)6作为还原剂，降低了自放电，提高了电容器电容性能的稳定性。
【IPC分类】H01G11-64, H01G11-84, H01G11-52, H01G11-86, H01G11-30
【公开号】CN104576082
【申请号】CN201510023879
【发明人】郑伟涛, 王浩翔, 田宏伟, 王家富, 张彩, 李迁
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月16日