本发明专利技术公开了一种水系超级电容器的制备方法，用于解决现有方法制备的水系超级电容器工作电压低的技术问题。技术方案是将碳布、石墨与硝酸钠混合后逐滴加入浓硫酸、加入KMnO4、加入蒸馏水并搅拌，再将H2O2添加到混合物溶液中，最后向溶液中加入水合肼并加热，得到还原石墨烯包覆碳布，作为超级电容器的负极。采用电化学工作站用石墨烯包覆碳布制备CO3O4NSs/ACC@RGO复合电极材料，作为超级电容器的正极。以多孔聚丙烯薄膜为隔膜，以水溶性电解质溶液为基础，组装成水系超级电容器。经测试，本发明专利技术制备的水系超级电容器工作电压低由背景技术的1.4V提高到2.2V。
Fabrication of Water Supercapacitors
【技术实现步骤摘要】
水系超级电容器的制备方法
本专利技术涉及一种超级电容器的制备方法，特别涉及一种水系超级电容器的制备方法。
技术介绍
超级电容器也称电化学电容器，是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能器件，具有优良的可逆充放电性能和大容量储能性能，其优点有：功率密度高、循环寿命长、充电速度快、能够瞬时大电流放电、绿色无污染，具有很广阔的应用前景。目前，超级电容器的缺点在于其能量密度有限。导致超级电容器能量密度低的主要原因是：在相应的电压窗口下，电化学稳定电位窗口窄、比电容小。在电极材料方面，氧化物赝电容具有很大潜力。氧化钴(CO3O4)作为一种典型的氧化物赝电容材料，由于其具有较高的理论比电容，制备成本低等优点而得到了广泛的研究。文献“肖婷,许俊杰,谭新玉,etal.一种基于四氧化三钴的水系非对称超级电容器的制备方法”公开了一种基于四氧化三钴的水系非对称超级电容器的制备方法。该方法是以四氧化三钴纳米线阵列为正极，以四氧化三钴/聚吡咯复合纳米线阵列为负极，以水溶性电解质溶液为基础组装成水系非对称超级电容器。该方法中，水系非对称超级电容器的工作电压仅达到1.4V，质量比电容可以仅达到335.34Fg-1，在循环测试过程中，电极材料的分解会导致电容和能量密度的降低。
技术实现思路
为了克服现有方法制备的水系超级电容器工作电压低的不足，本专利技术提供一种水系超级电容器的制备方法。该方法将清洗并干燥后的碳布、石墨与硝酸钠混合后逐滴加入浓硫酸并搅拌，缓慢加入KMnO4并搅拌，加入蒸馏水搅拌，再逐滴将H2O2添加到混合物溶液中，直到溶液变得澄清。最后向溶液中加入水合肼并加热，将碳布进行洗涤、真空干燥得到还原石墨烯包覆碳布，作为超级电容器的负极。采用电化学工作站用石墨烯包覆碳布作为工作电极，铂板作为反电极，甘汞电极作为参考电极，Co(NO3)26H2O作为电解质进行电化学沉积。将沉积后的碳布进行洗涤、干燥、退火后获得CO3O4NSs/ACC@RGO复合电极材料，作为超级电容器的正极。根据正极和负极的工作电压和比电容对ACC@RGO负极材料和CO3O4/ACC@RGO正极材料进行裁剪，以多孔聚丙烯薄膜为隔膜，以水溶性电解质溶液为基础，组装成水系超级电容器。经测试，本专利技术制备的水系超级电容器工作电压低由
技术介绍
的1.4V提高到2.2V。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种水系超级电容器的制备方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、制备ACC@RGO材料负极。用乙醇和蒸馏水在超声波条件下预先清洗碳布10-30min，之后在60-90℃下真空干燥5-8小时。将石墨片、碳布和硝酸钠按照质量比为1:40:41加入烧杯中，逐滴加入50-80ml浓度98％浓硫酸并在-5℃～-8℃下搅拌，搅拌时间为20-60min。将质量为碳布质量的5-8倍KMnO4缓慢加入上述混合溶液中在冰浴中剧烈搅拌1-3h，再转移到油浴中在20-50℃搅拌1-3h，然后将溶液与100-150ml蒸馏水缓慢混合在冰浴中搅拌1-3h，再将混合溶液在80-98℃油浴中搅拌20-60min。最后逐滴将H2O2添加到混合物溶液中，直到溶液变得澄清。添加2-5ml浓度为96.3mmol的水合肼，将溶液在100-130℃油浴中在水冷冷凝器的冷凝作用下加热20-30h。将碳布进行去离子水洗涤3-5次，之后在60-80℃下真空干燥8-12h后得到ACC@RGO，作为超级电容器的负极。步骤二、制备CO3O4/ACC@RGO材料正极采用电化学工作站在-0.8～-1.0V的电位下，使用步骤一制备的ACC@RGO作为工作电极，铂板作为反电极，甘汞电极作为参考电极，浓度为0.01-10molL-1的Co(NO3)26H2O作为电解质进行电化学沉积，电沉积的时间为600-3600s。将沉积后的碳布用去离子水洗涤，在60-90℃下在空气中干燥8-12h，在350-400℃下退火2-4h，获得CO3O4NSs/ACC@RGO复合电极材料，作为超级电容器的正极。步骤三、以电解质溶液为基础组装成水系超级电容器。以Li2SO4和CoSO4为溶质配置水溶性电解液，Li2SO4和CoSO4溶质的浓度分别为2-3molL-1和0.1-2molL-1。根据正极和负极的工作电压和比电容对ACC@RGO负极材料和CO3O4/ACC@RGO正极材料进行裁剪，以多孔聚丙烯薄膜为隔膜，以水溶性电解质溶液为基础，组装成水系超级电容器。本专利技术的有益效果是：该方法将清洗并干燥后的碳布、石墨与硝酸钠混合后逐滴加入浓硫酸并搅拌，缓慢加入KMnO4并搅拌，加入蒸馏水搅拌，再逐滴将H2O2添加到混合物溶液中，直到溶液变得澄清。最后向溶液中加入水合肼并加热，将碳布进行洗涤、真空干燥得到还原石墨烯包覆碳布，作为超级电容器的负极。采用电化学工作站用石墨烯包覆碳布作为工作电极，铂板作为反电极，甘汞电极作为参考电极，Co(NO3)26H2O作为电解质进行电化学沉积。将沉积后的碳布进行洗涤、干燥、退火后获得CO3O4NSs/ACC@RGO复合电极材料，作为超级电容器的正极。根据正极和负极的工作电压和比电容对ACC@RGO负极材料和CO3O4/ACC@RGO正极材料进行裁剪，以多孔聚丙烯薄膜为隔膜，以水溶性电解质溶液为基础，组装成水系超级电容器。经测试，本专利技术制备的水系超级电容器其正极在1Ag-1下显示出845Fg-1的高比电容，超级电容器在水系电解质中显示出2.2V的高电压窗口，功率密度为1100WKg-1时具有99WhKg-1的超高能量密度和10000次循环后的容量保持率为168％的超长循环寿命，同时，价格低廉，安全性高。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术方法实施例1制备的Co3O4/ACC@RGO样品的XRD图谱。图2是本专利技术方法实施例2制备的二维Co3O4纳米片样品的TEM图像。图3是本专利技术方法实施例1制备的CO3O4/ACC@RGO电极在三电极测试系统中的GCD曲线。图4是本专利技术方法实施例2制备的CO3O4/ACC@RGO//ACC@RGOASCs装置在两电极不同扫描速率1-10mVs-1下的CV曲线。图5是本专利技术方法实施例3制备的CO3O4/ACC@RGO//ACC@RGOASCs装置在5Ag-1时的循环性能曲线。图6是本专利技术方法实施例3制备的CO3O4/ACC@RGO//ACC@RGOASCs装置的功率密度与对应能量密度的对数关系图。具体实施方式以下实施例参照图1-6。实施例1：步骤一、制备ACC@RGO材料负极：1.用乙醇和蒸馏水在超声波条件下预先清洗碳布30min，之后在60℃下真空干燥5小时。将石墨片、碳布和硝酸钠按照质量比为1:40:41加入烧杯中，逐滴加入50ml浓度98％浓硫酸并在-5℃下搅拌，搅拌时间为20min。2.将质量为碳布质量的5倍KMnO4缓慢加入上述混合溶液中在冰浴中剧烈搅拌1h，再转移到油浴中在20℃搅拌1h，然后将溶液与100ml蒸馏水缓慢混合在冰浴中搅拌1h，再将混合溶液在80℃油浴中搅拌20min。逐滴将H2O2添加到混合物溶液中，直到溶液变得澄清。3.添加2ml浓度为96.3mmol的水合肼，将溶液在100℃油浴中在水冷冷凝器的冷凝作用下加热20h。将碳布进行去离子水洗涤3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水系超级电容器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、制备ACC@RGO材料负极；用乙醇和蒸馏水在超声波条件下预先清洗碳布10‑30min，之后在60‑90℃下真空干燥5‑8小时；将石墨片、碳布和硝酸钠按照质量比为1:40:41加入烧杯中，逐滴加入50‑80ml浓度98％浓硫酸并在‑5℃～‑8℃下搅拌，搅拌时间为20‑60min；将质量为碳布质量的5‑8倍KMnO4缓慢加入上述混合溶液中在冰浴中剧烈搅拌1‑3h，再转移到油浴中在20‑50℃搅拌1‑3h，然后将溶液与100‑150ml蒸馏水缓慢混合在冰浴中搅拌1‑3h，再将混合溶液在80‑98℃油浴中搅拌20‑60min；最后逐滴将H2O2添加到混合物溶液中，直到溶液变得澄清；添加2‑5ml浓度为96.3mmol的水合肼，将溶液在100‑130℃油浴中在水冷冷凝器的冷凝作用下加热20‑30h；将碳布进行去离子水洗涤3‑5次，之后在60‑80℃下真空干燥8‑12h后得到ACC@RGO，作为超级电容器的负极；步骤二、制备CO3O4/ACC@RGO材料正极；采用电化学工作站在‑0.8～‑1.0V的电位下，使用步骤一制备的ACC@RGO作为工作电极，铂板作为反电极，甘汞电极作为参考电极，浓度为0.01‑10mol L...
【技术特征摘要】
1.一种水系超级电容器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、制备ACC@RGO材料负极；用乙醇和蒸馏水在超声波条件下预先清洗碳布10-30min，之后在60-90℃下真空干燥5-8小时；将石墨片、碳布和硝酸钠按照质量比为1:40:41加入烧杯中，逐滴加入50-80ml浓度98％浓硫酸并在-5℃～-8℃下搅拌，搅拌时间为20-60min；将质量为碳布质量的5-8倍KMnO4缓慢加入上述混合溶液中在冰浴中剧烈搅拌1-3h，再转移到油浴中在20-50℃搅拌1-3h，然后将溶液与100-150ml蒸馏水缓慢混合在冰浴中搅拌1-3h，再将混合溶液在80-98℃油浴中搅拌20-60min；最后逐滴将H2O2添加到混合物溶液中，直到溶液变得澄清；添加2-5ml浓度为96.3mmol的水合肼，将溶液在100-130℃油浴中在水冷冷凝器的冷凝作用下加热20-30h；将碳布进行去离子水洗涤3-5次，之后在60-80℃下真空干燥8-12h后得到ACC@RG...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊慧庆，张明昌，贾宇欣，赵楠，杜志楠，王超，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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