一种柔性非对称超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性非对称超级电容器，包括集电极、正电极、负电极、隔膜和电解液，所述正电极包括碳布和负载在碳布上的正极材料层；所述正极材料层包括交替层叠设置的聚吡咯层和还原氧化石墨烯层；所述负电极包括碳布和负载在碳布上的负极材料层；所述负极材料层包括交替层叠设置的聚3,4‑乙撑二氧噻吩层和还原氧化石墨烯层。本发明专利技术通过正极材料层和负极材料层的匹配，使正电极和负电极进行协同作用，扩大了柔性非对称超级电容器的电位窗口，提高了超级电容器的电化学性能。

A Flexible Asymmetric Supercapacitor and Its Preparation Method

The invention provides a flexible asymmetric supercapacitor, which comprises a collector, a positive electrode, a negative electrode, a diaphragm and an electrolyte. The positive electrode comprises a carbon cloth and a positive material layer loaded on the carbon cloth; the positive material layer comprises a polypyrrole layer and a reduced graphene oxide layer overlapped alternately; the negative electrode comprises a carbon cloth and a negative material layer loaded on the carbon cloth; The negative electrode material layer comprises a poly 3,4 By matching the positive material layer with the negative material layer, the positive and negative electrodes cooperate, the potential window of the flexible asymmetric supercapacitor is enlarged, and the electrochemical performance of the supercapacitor is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性非对称超级电容器及其制备方法
本专利技术涉及超级电容器
，特别涉及一种柔性非对称超级电容器及其制备方法。
技术介绍
超级电容器是一种能够提供比电池更高功率密度的储能元件。正负极都采用同一种电极材料的超级电容器为对称超级电容器，而非对称超级电容器是在对称超级电容器上进行改进得到的一种新型电容器，非对称超级电容器由两种不同工作电压范围的电极材料分别作为正负两极，从而增大自身的工作电压。目前，非对称式超级电容器的正极材料通常选用金属氧化物/氢氧化物，负极以碳材料为主，电解液为水洗电解液。以Ac-Ni(OH)2为正极材料的非对称超级电容器目前已经商品化，能够在电动车动力系统中进行应用。上海奥威公司的超级电容器公交车，就是采用Ni-C这种电极结构，其比C-C型超级电容器的能量密度要高了4～5倍。目前，非对称超级电容器的比电容一般在100F/g以内，能量密度在20Wh·kg-1左右，但是目前非对称超级电容器的种类较少，研究新型的非对称超级电容器，进一步提高非对称超级电容器的电化学性能仍是亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种柔性非对称超级电容器及其制备方法。本专利技术提供的提供的柔性非对称超级电容器能量密度高、功率密度高、循环稳定性好。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种柔性非对称超级电容器，包括集电极、正电极、负电极、隔膜和电解液，其特征在于，所述正电极包括碳布和负载在碳布上的正极材料层；所述正极材料层包括交替层叠设置的聚吡咯层和还原氧化石墨烯层；所述聚吡咯层和碳布直接接触，表层为还原氧化石墨烯层；所述负电极包括碳布和负载在碳布上的负极材料层；所述负极材料层包括交替层叠设置的聚3,4-乙撑二氧噻吩层和还原氧化石墨烯层；所述聚3,4-乙撑二氧噻吩层和碳布直接接触，表层为还原氧化石墨烯层。优选的，所述正极材料层中聚吡咯层的层数为12～18层；所述正极材料层中还原氧化石墨烯层的层数与聚吡咯层的层数相同；所述正极材料层中单层聚吡咯的量为0.5～8mg/cm2；所述正极材料层中单层还原氧化石墨烯的量为0.5～2mg/cm2。优选的，所述负极材料层中聚3,4-乙撑二氧噻吩层的层数为4～7层；所述负极材料层中还原氧化石墨烯层的层数与聚3,4-乙撑二氧噻吩层的层数相同；所述负极材料层中单层聚3,4-乙撑二氧噻吩层的量为0.4～8mg/cm2；所述负极材料层中单层还原氧化石墨烯的量为0.5～2mg/cm2。优选的，所述隔膜为Nafion质子交换膜或聚乙烯醇膜；所述电解液为硫酸溶液。本专利技术提供了上述方案所述柔性非对称超级电容器的制备方法，包括以下步骤：(1)使用循环伏安法依次在碳布表面交替沉积聚吡咯层和还原氧化石墨烯层，得到正电极；(2)使用循环伏安法依次在碳布表面交替沉积聚3,4-乙撑二氧噻吩层和还原氧化石墨烯层，得到负电极；(3)将所述集电极、正电极、负电极、隔膜和电解液进行组装，得到柔性非对称超级电容器；所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。优选的，所述步骤(1)中沉积聚吡咯层的沉积电压为-0.7～1.6V，扫描速率为0.005～0.2V/s，单层的沉积时间为5～10min；单层扫描圈数为2～10圈；所述沉积聚吡咯层用沉积液由吡咯单体、阴离子表面活性剂、硫酸和丙酮混合得到；所述沉积液中吡咯单体的浓度为0.5～10mmol/L，阴离子表面活性剂的浓度为0.5～10mmol/L，硫酸的浓度为0.05～2mol/L。优选的，所述步骤(1)中沉积还原氧化石墨烯层的沉积电压为-1.2～0.9V，扫描速率为0.005～0.2V/s，单层沉积时间为5～10min，单层扫描圈数为2～10圈；所述沉积还原氧化石墨烯层用沉积液为氧化石墨烯分散液；所述氧化石墨烯分散液的浓度为2～4g/L。优选的，所述步骤(2)中沉积聚3,4-乙撑二氧噻吩层的沉积电压为-0.4～1.3V，扫描速率为0.005～0.2V/s，单层的沉积时间为5～10min；单层扫描圈数为2～20圈。优选的，所述沉积聚3,4-乙撑二氧噻吩层用沉积液中包括3,4-乙撑二氧噻吩、阴离子表面活性剂和硫酸；所述沉积液中3,4-乙撑二氧噻吩的浓度为4～6mmol/L，阴离子表面活性剂的浓度为4～6mmol/L，硫酸的浓度为0.05～6mol/L。优选的，所述步骤(2)中沉积还原氧化石墨烯层的沉积电压为-1.2～0.9V，扫描速率为0.005～0.2V/s，单层沉积时间为5～10min，单层扫描圈数为2～10圈。本专利技术提供了一种柔性非对称超级电容器，包括集电极、正电极、负电极、隔膜和电解液，所述正电极包括碳布和负载在碳布上的正极材料层；所述正极材料层包括交替层叠设置的聚吡咯层和还原氧化石墨烯层；所述负电极包括碳布和负载在碳布上的负极材料层；所述负极材料层包括交替层叠设置的聚3,4-乙撑二氧噻吩层和还原氧化石墨烯层。本专利技术以交替层叠的聚吡咯层和还原氧化石墨烯层作为正极材料，以交替层叠的聚3,4-乙撑二氧噻吩层和还原氧化石墨烯层作为负极材料，使正电极和负电极进行协同作用，扩大了柔性非对称超级电容器的电位窗口，提高了超级电容器的电化学性能。实施例结果表明，本专利技术提供的柔性非对称超级电容器的电位窗口为0～1.6V，能量密度能达到12Wh·kg-1，对应的功率密度为386W·kg-1，并且本专利技术提供的非对称超级电容器具有优异的循环稳定性，5000次循环后，电容保持率为97％。本专利技术提供了上述方案所述非对称超级电容器的制备方法。本专利技术提供的制备方法步骤简单，容易操作。附图说明图1为本专利技术的柔性非对称超级电容器的结构示意图；图1中，1-正电极，2-负电极，3-集电极，4-浸有电解液的隔膜；图2为本专利技术实施例1制备的柔性超级电容器的在不同扫描速度下的循环伏安曲线；图3为本专利技术实施例1制备的柔性非对称超级电容器的恒流充放电曲线；图4为本专利技术实施例1制备的PPy+rGO电极和PEDOT+rGO电极的循环伏安曲线；图5为本专利技术实施例1制备的柔性非对称超级电容器的阻抗图。具体实施方式本专利技术提供了一种柔性非对称超级电容器，包括集电极、正电极、负电极、隔膜和电解液，结构如图1所示。在本专利技术中，所述正电极包括碳布和负载在碳布上的正极材料层；所述正极材料层包括交替层叠设置的聚吡咯层和还原氧化石墨烯层；所述正极材料层中聚吡咯层的层数优选为12～18层，更优选为13～17层，进一步优选为16层；所述正极材料层中还原氧化石墨烯层的层数与聚吡咯层的层数相同；和碳布直接接触的为聚吡咯层，表层为还原氧化石墨烯层；在本专利技术的具体实施例中，优选按照聚吡咯层/还原氧化石墨烯层/……/聚吡咯层/还原氧化石墨烯层的顺序进行交替层叠设置。在本专利技术中，所述正极材料层中单层聚吡咯的量优选为0.5～8mg/cm2，更优选为1mg/cm2；所述正极材料层中单层还原氧化石墨烯的量优选为0.5～2mg/cm2，更优选为1～1.5mg/cm2。在本专利技术中，所述负电极包括碳布和负载在碳布上的负极材料层；所述负极材料层包括交替层叠设置的聚3,4-乙撑二氧噻吩层和还原氧化石墨烯层；所述负极材料层中聚3,4-乙撑二氧噻吩层和还原氧化石墨烯层的层数独立的优选为4～7层，更优选为5～6层；所述负极材料层中还原氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性非对称超级电容器，包括集电极、正电极、负电极、隔膜和电解液，其特征在于，所述正电极包括碳布和负载在碳布上的正极材料层；所述正极材料层包括交替层叠设置的聚吡咯层和还原氧化石墨烯层；所述聚吡咯层和碳布直接接触，表层为还原氧化石墨烯层；所述负电极包括碳布和负载在碳布上的负极材料层；所述负极材料层包括交替层叠设置的聚3,4‑乙撑二氧噻吩层和还原氧化石墨烯层；所述聚3,4‑乙撑二氧噻吩层和碳布直接接触，表层为还原氧化石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种柔性非对称超级电容器，包括集电极、正电极、负电极、隔膜和电解液，其特征在于，所述正电极包括碳布和负载在碳布上的正极材料层；所述正极材料层包括交替层叠设置的聚吡咯层和还原氧化石墨烯层；所述聚吡咯层和碳布直接接触，表层为还原氧化石墨烯层；所述负电极包括碳布和负载在碳布上的负极材料层；所述负极材料层包括交替层叠设置的聚3,4-乙撑二氧噻吩层和还原氧化石墨烯层；所述聚3,4-乙撑二氧噻吩层和碳布直接接触，表层为还原氧化石墨烯层。2.根据权利要求1所述的柔性非对称超级电容器，其特征在于，所述正极材料层中聚吡咯层的层数为12～18层；所述正极材料层中还原氧化石墨烯层的层数与聚吡咯层的层数相同；所述正极材料层中单层聚吡咯的量为0.5～8mg/cm2；所述正极材料层中单层还原氧化石墨烯的量为0.5～2mg/cm2。3.根据权利要求1所述的柔性非对称超级电容器，其特征在于，所述负极材料层中聚3,4-乙撑二氧噻吩层的层数为4～7层；所述负极材料层中还原氧化石墨烯层的层数与聚3,4-乙撑二氧噻吩层的层数相同；所述负极材料层中单层聚3,4-乙撑二氧噻吩层的量为0.4～8mg/cm2；所述负极材料层中单层还原氧化石墨烯的量为0.5～2mg/cm2。4.根据权利要求1所述的柔性非对称超级电容器，其特征在于，所述隔膜为Nafion质子交换膜或聚乙烯醇膜；所述电解液为硫酸溶液。5.权利要求1～4任意一项所述柔性非对称超级电容器的制备方法，包括以下步骤：(1)使用循环伏安法依次在碳布表面交替沉积聚吡咯层和还原氧化石墨烯层，得到正电极；(2)使用循环伏安法依次在碳布表面交替沉积聚3,4-乙撑二氧噻吩层和还原氧化石墨烯层，得到负电极；(3)将所述集电极、正电极、负电极、隔膜和电解液进行组装，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：马骏，孟祥康，苏冬云，
申请(专利权)人：南通科技职业学院，南通南京大学材料工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32