一种可食用的超级电容器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种可食用的超级电容器及其制作方法和应用，采用金属夹具作为电极基底，电容器的活性材料层、隔膜与电解质均由食物构成，在充电前或充电后均能够被人或动物直接完全食用且易消化。本发明专利技术的超级电容器采用的食材来源广泛，制得的超级电容器输出电压最高为2.000 V，质量比电容最高为2.693 mF/g，具有充电速度快、安全性高、环保无污染的特点。食用这种超级电容器时，电容器释放的电流能够给味觉障碍者的味蕾以电刺激，从而产生味觉；利用其蓄电特性可以为医用微型机器人供电，从而延长其供电时间；还可以利用放电电流杀死人体内的细菌等，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学储能
，具体涉及一种可食用的超级电容器及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，能源和环境问题日益突出。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，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、工作温度范围宽、安全无污染等一系列优点。开发可食用超级电容器具有广阔的应用前景，可食用超级电容器可以利用食物放电，给味觉障碍者的味蕾以电刺激，从而产生味觉；作为电源为医用微型机器人供电，延长医用机器人的工作时间；还可以利用放电电流杀死人体内的细菌等。2016年6月，来自美国亚利桑那州立大学的姜汉卿教授研究团队研发了一种基于食物的超级电容器。他们将活性炭(药物级)、金箔(食品级)、海苔、蛋清、奶酪、食用明胶和功能饮料这几种常见的食品与饮料组合在一起，得到了一个暂时储存电能的高容量循环性能好的超级电容器。在1A/g电流下，质量比电容可达78.8F/g，循环1000次后容量保留率高达92.3%，输出电压为0.8V，用于电能储存。目前，以生物质为原料制备超级电容器活性材料的方法中，主要是对生物质进行碳化，从而得到活性炭。申请号201520844813.9的中国专利公开了一种利用过期淀粉质发酵食品制备的超级电容器。该电容器利用过期淀粉质发酵食品进行碳化处理，研磨成碳粉，与氢氧化钾按比例混合，干燥清洗得到活性碳。申请号201310520025.4的中国专利公开了一种以稻壳基活性炭作为电极材料的有机系混合电容器。专利号US318356B2的美国专利公开了一种以小麦面粉、玉米面等为原料制备超级电容器用活性炭的方法。2013年，中国计量学院的徐靖才研究发现了一种以山核桃蒲壳为原料制备活性碳的方法。2015年，武汉科技大学的张成铖研究发现以稻壳、柚子皮、葡萄糖为主材料制备活性碳从而提高电容器性能的方法。电解质方面，申请号201410490918.9的中国专利公开了一种以海石花菜与去离子水熬制成溶胶，然后与不同种类的电解质混合形成的胶体电解质。隔膜方面，现阶段，仅有美国亚利桑那州立大学的姜汉卿教授研究团队提出海苔作为隔膜。然而，就目前的研究情况来看，并没有器件整体可被食用且消化的超级电容器被报道。一般为使用食品或者可食用材料制备构成电容器的一个或几个部分，如以稻壳、柚子皮、葡萄糖为原料制备活性炭，又如用过期淀粉质发酵食品进行碳化处理，研磨成碳粉作为电极材料。或者使用食用安全性未知的材料进行实验，如医用活性碳的安全性未知，仍作为电极使用。或者将金属电极也进行食用，如食用金箔。
技术实现思路
为了解决现阶段超级电容器仅部分可食用与消化、输出电压低等问题，本专利技术提出了一种可完全食用的超级电容器及其制作方法和应用，采用金属夹具作为电极基底，电容器的电极活性层、隔膜、电解质均由食物构成，在充电前或充电后均能够被人或动物直接完全食用且易消化。本专利技术的食材来源广泛，有利于降低成本，制备的超级电容器，输出电压高、安全性高、环保无污染。本专利技术在感官康复、高科技医疗、人体健康等领域具有广阔的发展前景。本专利技术公开了一种可食用的超级电容器，包括电极活性层、隔膜和电解质，所述电极活性层、隔膜和电解质均采用食物制作而成，在充电前或充电后均能够被人或动物直接食用且消化。上述任一方案优选的是，采用金属夹具用作电极导电基底，按照金属夹具、电极活性层、隔膜、电极活性层、金属夹具的顺序按照三明治结构进行组装，且电极活性层、隔膜内部浸润电解质。上述任一方案优选的是，所述的超级电容器具有高输出电压，即当电解质为油性食品，其输出电压约为2.000V；当电解质为水性食品时，其输出电压为0.800V～2.000V。上述任一方案优选的是，所述的超级电容器的质量比电容为0.050mF/g～2.693mF/g。上述任一方案优选的是，所述的超级电容器在6.000℃～8.000℃条件下存储一周后，电容能保持为原有电容值的30%。上述任一方案优选的是，所述的超级电容器在咀嚼过程中，能够产生电流，电流范围为-4.109e-5A～2.154e-5A。上述任一方案优选的是，通过模拟咀嚼检测装置进行咀嚼，超级电容器咀嚼过程中采用电流检测装置进行检测，所述电流检测装置由一对检测电极、电阻与电化学工作站构成，每个检测电极包括覆铜板、螺丝和螺母。上述任一方案优选的是，所述电极活性层采用食品充当碳源。采用的食品原料具有多孔导电结构。上述任一方案优选的是，所述电极活性层为调味品、粮食加工品、薯类和膨化食品、可可及焙炒咖啡制品以及食糖中的至少一种。上述任一方案优选的是，电极活性层使用香辣酱，质量在0.140g/cm²～0.210g/cm²；或使用面粉在280℃温度下烤熟后制成糊状物，质量在0.038g/cm²～0.187g/cm²；或使用薯片，质量在0.032g/cm²～0.128g/cm²；或使用高温焙炒咖啡粉末，质量在0.032g/cm²～0.128g/cm²；或使用焦糖，质量在0.030g/cm²～0.180g/cm²。上述任一方案优选的是，所述隔膜采用的食品原料多孔绝缘，利于离子运动且能有效阻止电子运动。上述任一方案优选的是，所述隔膜为粮食加工品、水产制品、豆制品、蔬菜和蛋制品中的至少一种。上述任一方案优选的是，隔膜使用杂粮煎饼，质量在0.050g/cm²～0.090g/cm²；或使用海苔，质量在9.08e-3g/cm²～1.820e-2g/cm²；或使用豆腐干皮，质量在0.081g/cm²～0.240g/cm²；或使用油菜叶，质量在0.013g/cm²～0.026g/cm²得到。上述任一方案优选的是，所述粮食加工品包括面粉。上述任一方案优选的是，所述可可及焙炒咖啡制品包括咖啡。上述任一方案优选的是，所述电解质采用的食品原料内含一种或多种离子。上述任一方案优选的是，所述电解质为罐头、酒类、调味品和饮料中的至少一种。上述任一方案优选的是，电解质使用辣椒油；或使用水果罐头汁；或使用料酒；或使用食用醋；或使用碳酸饮料得到。上述任一方案优选的是，所述电解质采用香辣酱作为油系电解质，水果罐头汁、料酒、食醋、碳酸饮料作为水系电解质。本专利技术还提供一种上述所述的可食用的超级电容器的制备方法，包括以下步骤：步骤（1）.将金属夹具平放，将电极活性层均匀涂抹在金属夹具上；步骤（2）.在两个电极之间放入隔膜，隔膜完全覆盖电极活性层；步骤（3）.按照金属夹具、电极活性层、隔膜、电极活性层、金属夹具的顺序按照三明治结构组装好后，向两个电极活性层间滴入电解质，使电解质将电容器内部完全浸润。上述任一方案优选的是，所述步骤（1）中电极活性层的制备方法为：将电极活性层食物原料碾压成糊状或者经高温处理，使其部分或全部碳化，从而得到碳或者碳与食物的混合物作为电极活性层。本专利技术还提供一种超级电容器在感官康复、高科技医疗、人体健康方面的应用。如，可应用于给味觉障碍者的味蕾以电刺激，从而产生味觉；作为电源为医用微型机器人供电，延长其工作时间；还可利用人体安全电流来杀死人体内的细菌等。本专利技术的有益效果如下：提供一种可食用的超级电容器及其制备方法和应用，采用本专利技术的可食用超级电容器具有以下优势：第一，使用的所有材料均为成品食物。例如，香辣酱（属于调味品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可食用的超级电容器，包括电极活性层、隔膜和电解质，其特征在于，所述电极活性层、隔膜和电解质均采用食物制作而成，在充电前或充电后均能够被人或动物直接食用且消化。

【技术特征摘要】
1.一种可食用的超级电容器，包括电极活性层、隔膜和电解质，其特征在于，所述电极活性层、隔膜和电解质均采用食物制作而成，在充电前或充电后均能够被人或动物直接食用且消化。2.根据权利要求1所述的可食用的超级电容器，其特征在于，采用金属夹具作为电极导电基底，按照金属夹具、电极活性层、隔膜、电极活性层、金属夹具的顺序按照三明治结构进行组装，且电极活性层、隔膜内部浸润电解质。3.根据权利要求1所述的超级电容器,其特征在于,所述超级电容器在咀嚼过程中，能够产生电流，电流范围为-4.109e-5A～2.154e-5A。4.根据权利要求1所述的可食用的超级电容器，其特征在于，超级电容器咀嚼过程中采用电流检测装置进行检测，电流检测装置由一对检测电极、电阻与电化学工作站构成，每个检测电极包括覆铜板、螺丝和螺母。5.根据权利要求1所述的可食用的超级电容器，其特征在于，所述电极活性层采用食品充当碳源。6.根据权利要求1所述的可食用的超级电容器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾玮，田绍鹏，张诗清，冯善峥，李星晨，白利娟，王天琪，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34