一种基于多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒的超级电容器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒的超级电容器，包括引线、电荷收集器、正极材料、隔膜和负极材料；正极材料和负极材料中至少有一个为多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料；制备时，先采用陶瓷法制备钴酸锶镧陶瓷粉末材料；将制备的钴酸锶镧陶瓷粉末材料加入球磨罐中，再加入造孔剂，加入溶剂，球磨后烘干，成型后的坯体在900～1100℃煅烧4～15h，制得多孔钴酸锶镧基底；通过浸渍AgNO

A supercapacitor based on porous strontium lanthanum base supported silver nanoparticles

The invention discloses a super capacitor porous cobalt strontium lanthanum based substrate supported silver nanoparticles, including lead, charge collector, cathode material, diaphragm and cathode material; at least one porous cobalt strontium lanthanum base supported silver nanoparticles composed of the electrode material of cathode and anode materials; during the preparation, prepare lanthanum strontium cobaltite ceramic powder materials by ceramic method; add milling tank in the preparation of cobalt strontium lanthanum oxide ceramic powder material, adding pore forming agent, adding solvent, drying after milling, forming at 900 to 1100 DEG C after calcination was 4 ~ 15h porous cobalt strontium lanthanum impregnated by AgNO substrate;

【技术实现步骤摘要】
一种基于多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒的超级电容器
本专利技术涉及超级电容器
，特别是涉及一种基于多孔钴酸锶镧担载银纳米颗粒为电极的高性能超级电容器。
技术介绍
当今，随着生活水平的提高、经济的快速发展以及环境污染的日益严重，人们对于储能设备的需求越来越迫切。在众多的储能设备中，具有功率密度高、使用寿命长、充放电速度快、安全性好等优点的超级电容器备受瞩目。根据储能原理，超级电容器可以分为三类：双电层电容器、赝电容电容器以及非对称电容器(也称之为混合电容器)。双电层电容器是通过电极与电解质溶液界面间形成的双电层存储能量，这类电容器具有较宽的电势窗口和较好的循环性能；赝电容电容器主要是通过电极表面或者近表面发生快速的氧化还原存储能量，这类电容器具有较高的比电容；非对称电容器则是通过一个电极发生氧化还原反应，而另外一个电极形成双电层存储能量，结合了上述两种电容器的优点。然而，超级电容器相比于电池，其能量密度偏低，所以为了扩大其应用范围，提高其能量密度是关键所在。超级电容器的组成主要包括电极材料、电解质、隔膜、电荷收集器。其中，电极材料对超级电容器的储能性质起到决定作用，因此设计具有优异电化学性能的电极材料具有非常重要的意义。用作超级电容器的电极材料主要分为三类：碳材料(如活性炭、石墨烯、碳纳米管)、过渡金属氧化物(如氧化锰、氧化镍、氧化钴)以及导电聚合物(如聚吡咯)。传统的过渡金属氧化物因其可逆的氧化还原反应、低廉的成本以及绿色无污染等特点成为了研究的热点。例如，Huang等将氧化镍(NiO)担载在镍网上(NiO的担载量为2.52mgcm‐2)，该电极材料在2.52mAcm‐2的电流密度下得到了1.70Fcm‐2的比电容(M.Huang,F.Li,J.Y.Ji,etal.Facilesynthesisofsingle‐crystallineNiOnanosheetarraysonNifoamforhigh‐performancesupercapacitors,CrystEngComm16(2014)2878‐2884)；Hu等将铝掺杂二氧化锰(Al‐doped‐MnO2)担载在平面玻璃上(MnO2的担载量为4.0mgcm‐2)，该电极材料在0.4mAcm‐2的电流密度下得到了0.85Fcm‐2的比电容(Z.M.Hu,X.Xiao,C.Chen,etal.Al‐dopedα‐MnO2forhighmass‐loadingpseudocapacitorwithexcellentcyclingstability,NanoEnergy11(2015)226‐234)。但是这类电极材料导电性较差并且需要使用有机粘结剂，产生死体积，使活性物质不能充分利用，从而限制了其在实际中的应用。因此，需要研究和开发导电性好、无粘结剂的新型电极材料。现有技术也有向电极材料添加导电性较好的试剂；例如加入石墨烯、金、银等。其中银因具有导电率高、价格相对低廉而受到研究者的青睐，特别是，银在跟一些基底材料相互作用后，自身也有很好的超电性能。例如，Xia等将银和二氧化锰复合得到银/二氧化锰(Ag/MnO2)电极，在相同的扫描速率(10mVs‐1)下，单独的MnO2面积容量为0.39Fcm‐2，加入Ag后，复合电极Ag/MnO2的面积容量增加到0.87Fcm‐2(H.Xia,C.Y.Hong,X.Q.Shi,etal.HierarchicalheterostructuresofAgnanoparticlesdecoratedMnO2nanowiresaspromisingelectrodesforsupercapacitors.JournalofMaterialChemistryA3(2015)1216‐1221)。他们采用Ag薄片和高锰酸钾(KMnO4)为原料，利用浓硫酸进行滴定，经过长时间的搅拌(24h)和复杂的清洗过程，得到Ag/MnO2；再将Ag/MnO2与炭黑(导电剂)、聚偏氟乙烯(粘结剂)按照质量比8:1:1混合形成浆料，涂布在钛网上形成工作电极。该技术Ag的担载量小于3mgcm‐2，并且使用了导电炭黑以及粘结剂，使得活性物质Ag/MnO2不能够充分发生氧化还原反应，降低了反应效率。现有的超级电容器电极的活性物质方式基本上跟上述技术类似，基底采用金属片、金属网或碳纸。贵金属基底成本高，其他金属存在易腐蚀的问题，而碳纸跟绝大多数超级电容器活性物质的浸润性不好，限制了活性物质的担载量。这些问题严重地影响了超级电容器的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对已有的超级电容器技术存在的问题，提供一种银的担载量达10mgcm‐2以上，银纳米颗粒直接担载在钴酸锶镧多孔基底的表面和孔壁上，无需使用其他导电剂和粘结剂的基于多孔钴酸锶镧担载银纳米颗粒的超级电容器；其超级电容器比电容和能量密度分别可达0.64Fcm‐2和1.60mWhcm‐3以上。本专利技术目的通过如下技术方案实现：一种基于多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒的超级电容器，包括引线、电荷收集器、正极材料、隔膜和负极材料；在隔膜的两侧分别设有正极材料和负极材料，正极材料和负极材料分别与电荷收集器连接，电荷收集器与引线连接；所述正极材料和负极材料中至少有一个为多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料；所述多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料通过如下方法制备：先采用陶瓷法制备钴酸锶镧陶瓷粉末材料；将制备的钴酸锶镧陶瓷粉末材料加入球磨罐中，再加入占钴酸锶镧陶瓷粉末材料质量15‐25％的造孔剂，加入溶剂，球磨后烘干，成型后的坯体在900～1100℃煅烧4～15h，制得多孔钴酸锶镧基底；然后将多孔钴酸锶镧基底通过浸渍1～5molL‐1AgNO3溶液，担载银纳米颗粒，真空干燥，干燥后在450～600℃下空气中煅烧0.5～2h形成多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述陶瓷法包括固相法、注浆成型法、热压铸法或流延成型法。优选地，所述造孔剂为可溶性淀粉或石墨烯。优选地，所述钴酸锶镧的化学式为La1‐xSrxCoO3‐δ，其中x的值在0～0.8之间。优选地，所述正极材料和负极材料都采用多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料；或者是所述正极材料采用多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料，负极材料采用碳材料。本专利技术非对称超级电容器，采用Ag/LSCx作为储能正极材料，碳布作为负极材料，具备安全性高、充放电速度快、环保无污染、稳定性好、比容量高、电势窗口宽、能量密度大等优点。优选地，所述隔膜选用充满水系电解液的纤维素隔膜。优选地，所述水系电解液为氢氧化钾水溶液，浓度为1～6molL‐1。优选地，所述银纳米颗粒担载在钴酸锶镧多孔基底的表面和孔壁上，担载量通过浸渍次数加以控制。本专利技术发现，在各种导电陶瓷材料中，镧系钙钛矿系列的导电率较高，其中钴酸锶镧(La1‐xSrxCoO3‐δ，0≤x≤0.8，简称：LSCx)在室温下的导电率可达10‐1Scm。本专利技术先制备钴酸锶镧陶瓷粉末材料，然后将该材料与造孔剂混合碾磨以及煅烧，制备出多孔钴酸锶镧基底，将该基底浸渍AgNO3溶液，可将活性物质Ag大量负载在基底的孔道和表面，且负载稳固，均匀，将其作为电极材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒的超级电容器，包括引线、电荷收集器、正极材料、隔膜和负极材料；在隔膜的两侧分别设有正极材料和负极材料，正极材料和负极材料分别与电荷收集器连接，电荷收集器与引线连接；其特征在于：所述正极材料和负极材料中至少有一个为多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料；所述多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料通过如下方法制备：先采用陶瓷法制备钴酸锶镧陶瓷粉末材料；将制备的钴酸锶镧陶瓷粉末材料加入球磨罐中，再加入钴酸锶镧陶瓷粉末材料质量15‐25％的造孔剂，加入溶剂，球磨后烘干，成型后的坯体在900～1100℃煅烧4～15h，制得多孔钴酸锶镧基底；然后将多孔钴酸锶镧基底通过浸渍1～5molL

【技术特征摘要】
1.一种基于多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒的超级电容器，包括引线、电荷收集器、正极材料、隔膜和负极材料；在隔膜的两侧分别设有正极材料和负极材料，正极材料和负极材料分别与电荷收集器连接，电荷收集器与引线连接；其特征在于：所述正极材料和负极材料中至少有一个为多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料；所述多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料通过如下方法制备：先采用陶瓷法制备钴酸锶镧陶瓷粉末材料；将制备的钴酸锶镧陶瓷粉末材料加入球磨罐中，再加入钴酸锶镧陶瓷粉末材料质量15‐25％的造孔剂，加入溶剂，球磨后烘干，成型后的坯体在900～1100℃煅烧4～15h，制得多孔钴酸锶镧基底；然后将多孔钴酸锶镧基底通过浸渍1～5molL‐1AgNO3溶液，担载银纳米颗粒，真空干燥，干燥后在450～600℃下空气中煅烧0.5～2h形成多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒构成的电极材料。2.根据权利要求1所述的基于多孔钴酸锶镧基底担载银纳米颗粒的超级电容器，其特征在于，所述陶瓷法包括固相法、注浆成型法、热压铸法或流延成型法。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘江，刘佩佩，张亚鹏，周倩，王晓强，刘美林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44