一种提高超级电容器电容的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高超级电容器电容的方法，通过对超级电容器进行光照，利用光热效应使超级电容器的温度升高，从而使该超级电容器的电容提高，能量密度及功率密度也随之均得到提高。该方法简单、方便、环保无污染且不需要通过外加电源加热，适用于储能应用以及太阳能转化的应用。

A method to improve the capacitance of supercapacitor

The invention relates to a method to improve the capacitance of supercapacitor. By light of the supercapacitor, the temperature of the supercapacitor is raised by the light and heat effect, thus the capacitance of the supercapacitor is raised, and the energy density and the power density are also improved. The method is simple, convenient, environmental friendly and pollution-free, and does not need to be heated by external power supply. It is suitable for energy storage applications and solar energy conversion applications.

【技术实现步骤摘要】
一种提高超级电容器电容的方法
本专利技术涉及光热转化和能量储存领域，具体涉及一种利用光热效应提高超级电容器电容的方法。
技术介绍
太阳能是一种资源丰富、可免费使用、无需运输、而且对环境无任何污染的可再生能源。太阳能转化技术比如光伏、光催化、人工光合作用、光热转换等发展迅速，在这些太阳能转化技术中，光热转化技术具有高转化效率和低成本的优点，因而受到广泛关注。迄今为止，光热转化技术已经被应用于诸多领域，比如太阳能水净化和光热治疗等，而且其应用领域有望进一步得到拓展。能量储存器件是当今世界人们生活中不可缺少的元件。超级电容器是一种重要的能量储存器件，具有功率密度高、充放电速率快和循环寿命长等优点。超级电容器一般包括双电层超级电容器、赝电容超级电容器和复合式超级电容器。双电层超级电容器主要基于离子的吸附/解吸附机制，赝电容超级电容器主要基于快速的法拉第反应机制，复合式超级电容器将双电层超级电容器和赝电容超级电容器结合到一个器件里面(一般一个电极为双电层电极一个电极为赝电容电极)。与其他能量储存器件比如电池相似的是，在温度降低的时候，超级电容器的电容、能量密度和功率密度一般都会下降。因而，亟需寻找一种环保无污染的方法来提高超级电容器在低环境温度下的电容，以解决低温环境下超级电容器性能下降的问题，而且还有望发展多功能超级电容器比如可以对温度或光照有响应的超级电容器。
技术实现思路
本专利技术提供一种提高超级电容器电容的方法，该方法通过利用光热效应可提高超级电容器的温度，从而提高超级电容器的电容，并随之提高能量密度和功率密度。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种提高超级电容器电容的方法，所述方法包括用光照射超级电容器，使超级电容器的温度升高，以提高超级电容器的电容。根据本专利技术的一个实施方式，所述超级电容器为双电层超级电容器、赝电容超级电容器或复合式超级电容器，所述复合式超级电容器具有双电层电极和赝电容电极。根据本专利技术的一个实施方式，所述超级电容器的电极材料应为光热转化效率大于70％的材料。根据本专利技术的一个实施方式，所述超级电容器的电极材料选自三维石墨烯、碳纳米管或活性炭中的一种。根据本专利技术的一个实施方式，所述超级电容器的电解质选自聚乙烯醇/(酸、碱、盐)电解质、聚丙烯酸钾/硫酸电解质或离子液体电解质中的一种，所述聚乙烯醇/(酸、碱、盐)电解质包括但不限于聚乙烯醇/磷酸(PVA/H3PO4)电解质、聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)电解质、聚乙烯醇/氢氧化钾(PVA/KOH)电解质或聚乙烯醇/氯化钠(PVA/NaCl)电解质中的一种，所述离子液体电解质包括但不限于1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。根据本专利技术的一个实施方式，所述光照后所达到的超级电容器的温度不超过所用电极材料、电解质或者活性物质的失效温度。根据本专利技术的一个实施方式，对超级电容器进行光照的光源包括但不限于太阳光、钠灯光、氙灯光或其它照明光源中的一种，优选为太阳光、钠灯光或氙灯光。根据本专利技术的一个实施方式，所述对超级电容器进行光照的强度为0.1～100kW/m2。根据本专利技术的一个实施方式，所述超级电容器所处的环境温度为-200℃～100℃。根据本专利技术的一个实施方式，所述赝电容超级电容器或复合式超级电容器中的赝电容电极所用的活性物质材料选自聚合物活性物质或氧化物活性物质中的一种，优选为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)、聚苯胺(PANI)或二氧化锰(MnO2)。根据本专利技术的一个实施方式，所述超级电容器的结构为平面状结构、三明治型结构或者圆柱型结构。根据上述技术方案的描述可知，本专利技术所述的超级电容器在光照下电容提高的原理为：在光照下，由于光热效应，超级电容器的温度提高，使得法拉第反应速率提高，电解质的介电常数提高，超级电容器内阻下降，从而使得超级电容器的电容提高，从而功率密度和能量密度也随之得到提高。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：该方法环保无污染，不需要通过外加电源加热，仅仅通过对超级电容器进行光照，利用光照产生的光热效应，使得超级电容器的温度升高，从而增大超级电容器电容、能量密度和功率密度，适用于储能应用以及太阳能转化的应用。附图说明图1是本专利技术实施例1中所用的以三维石墨烯为电极，PVA/H3PO4为电解质的双电层超级电容器结构示意图。图2是本专利技术实施例1中双电层超级电容器在25℃的环境温度下进行不同太阳光照强度照射时电容的升高情况。图3是实施例2中所用的以三维石墨烯为电极，PEDOT:PSS为活性物质，PVA/H3PO4为电解质的超级电容器在25℃的环境温度下进行1个太阳光照强度照射时的温度响应曲线。图4是实施例2中超级电容器在25℃的环境温度下用不同太阳光照强度照射时所达到的平衡温度。图5a是实施例2中无光照以及随光照强度增大超级电容器电容增大情况；图5b是实施例2中无光照以及随光照强度增大能量密度和功率密度增大情况(直流充放电电流密度为3.3mA/cm-3)。具体实施方式以下通过特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域普通技术人员可由本说明书所公开的内容轻易地了解本专利技术的优点及功效。本专利技术也可通过其它不同的实施方式加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本专利技术所公开的构思下赋予不同的修饰与变更。此外，本文所有范围和值都包含及可合并的。落在本文中所述的范围内的任何数值或点，例如任何整数都可以作为最小值或最大值以导出下位范围等。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1：双电层超级电容器的制备及光照对其性能的影响制备双电层超级电容器的方法包括如下步骤：(1)将大片三维石墨烯切割成若干尺寸为10mm×5mm的小片；(2)将步骤(1)中的两小片三维石墨烯并排放到(聚对苯二甲酸乙二醇酯)PET基底上，用银浆将两小片三维石墨烯分别与导线相连接；(3)将步骤(2)中的三维石墨烯用厚胶带或者硅胶围起来；(4)将液态PVA/H3PO4电解质倒入步骤(3)中围起来的三维石墨烯内；(5)将步骤(4)所得部件放入烘箱，60℃下进行烘干；(6)将步骤(5)烘干后的部件去掉厚胶带或硅胶，并去掉PET基底，即得到双电层超级电容器，其结构如图1所示。在25℃的环境温度下，将制得的双电层超级电容器用模拟太阳光照射，太阳光的光照强度可通过聚光镜片和滤光镜片来调节，如图2所示，为该双电层超级电容器进行不同太阳光照强度照射时电容的升高情况，在1个太阳光(光强：1kW/m2)照射时，超级电容器的温度在4分钟内升到平衡温度约64℃，其电容和能量密度提高约3.7倍，功率密度提高约4倍。实施例2：赝电容超级电容器的制备及光照对其性能的影响制备赝电容超级电容器方法包括如下步骤：(1)用质量分数为0.54％的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)水溶液浸润大片三维石墨烯，然后70℃下进行烘干；(2)将步骤(1)中烘干后的覆有PEDOT:PSS的大片三维石墨烯切割成若干尺寸为10mm×5mm的小片；(3)将步骤(2)中的两小片三维石墨烯并排放到PET基底上，用银浆将两小片三维石墨烯分别与导线相连接；(4)将步骤(3)中的三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高超级电容器电容的方法，其特征在于，所述方法包括用光照射超级电容器，使超级电容器的温度升高，以提高超级电容器的电容。

【技术特征摘要】
1.一种提高超级电容器电容的方法，其特征在于，所述方法包括用光照射超级电容器，使超级电容器的温度升高，以提高超级电容器的电容。2.如权利要求1所述的提高超级电容器电容的方法，其特征在于，所述超级电容器为双电层超级电容器、赝电容超级电容器或复合式超级电容器，所述复合式超级电容器具有双电层电极和赝电容电极。3.如权利要求1所述的提高超级电容器电容的方法，其特征在于，所述超级电容器的电极材料应为光热转化效率大于70％的材料。4.如权利要求3所述的提高超级电容器电容的方法，其特征在于，所述超级电容器的电极材料选自三维石墨烯、碳纳米管或活性炭中的一种。5.如权利要求1所述的提高超级电容器电容的方法，其特征在于，所述超级电容器的电解质选自聚乙烯醇/(酸、碱、盐)电解质、聚丙烯酸钾/硫酸电解质或离子液体电解质中的一种，所述聚乙烯醇/(酸、碱、盐)电解质优选为聚乙烯醇/磷酸电解质、聚乙烯醇/硫酸电解质、聚乙烯醇/氢氧化钾电解质或聚乙烯醇/氯化钠电解质中的一种，所述离子液体电解质优选为1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠范，魏迪，衣芳，
申请(专利权)人：北京石墨烯研究院，北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11