本发明专利技术属于储能领域，公开了一种石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法，采用石墨烯/钴铝水滑石复合材料附着于多孔铜箔上做正极，玻璃纤维碳作为隔膜；KOH配铁氰化钾混合溶液作为电解液；石墨烯附着于多孔铜箔作为负极，组装顺序为：负极壳、负极片、玻璃纤维碳隔膜、正极片、金属垫片、金属簧片、正极壳。电解液滴加量为浸润玻璃纤维碳与负极片隔膜。扣式超级电容器封装采用成熟扣式电池封装仪器。本发明专利技术制备的石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器具有构造简单、结构紧凑、能量密度高、放电窗口平稳、使用寿命长、成本低等优点。可应用在新能源设备的储能、以及小型电子设备储能等领域。电子设备储能等领域。电子设备储能等领域。
【技术实现步骤摘要】
石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法
[0001]本专利技术属于储能领域，具体是一种高能量密度与功率密度的石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法。
技术介绍
[0002]随着经济社会的发展，对于高性能的储能元件的需求越来越高，目前现有的储能元件难以满足多种多样的需求。超级电容器是一种新型储能元件，相比传统的电池元件，具有循环寿命长、功率密度高等特点；相比传统的电容元件其具有能量密度高、电压窗口高等诸多优势。通过不同的材料组合，超级电容器可以满足极多的应用场景的需求例如快速充电的产品、备份能源、电动汽车、风力水力发电、电网控制、内燃机设计、军事装备等。社会生产广泛的需求对于超级电容器的性能提出了越来越高的要求，由于其应用前景广泛，各国对超级电容器的研究投入很大。研究出同时具备高功率密度、高能量密度、长寿命、倍率性能优良的超级电容器组合十分迫切。
[0003]电容器的储能机理分为三个大类——双电层原理、赝电容原理、和氧化还原原理，其各有各的优势。双电层原理具有高功率密度和长寿命的特点，但是其能量密度都比较低，实际应用场景受到限制。赝电容和氧化还原原理的电容具有高能量密度的优势，但其功率密度和循环寿命低于双电层原理的电容器。如何在提高储能能力的条件下达到更高循环寿命和功率密度，是现在研究的重点。目前的主要研究方向大都集中于正极材料，如通过参加、修饰、复合、改性等手段提高正极的性能。对于电解液的研究相对较少，对于复合材料加上电解液修饰的研究就更少了。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于，提供一种高能量密度与功率密度的石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法；通过多种材料的复合改进电容器性能，提高插层赝电容超级电容器的能量密度和循环稳定性。通过测试，经过改进的扣式超级电容器相较于传统的石墨烯/钴铝水滑石扣式超级电容器具有能量密度高、循环稳定性好、倍率性能好的特点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)正极材料制备：按质量取70～80份石墨烯/钴铝水滑石，20～25份导电剂，10～15份粘接剂，混合均均，，加入材料分散剂，混合均匀，制备得正极浆液；
[0007](2)负极材料制备：按质量取70～80份活性炭，20～25份导电剂，10～15份粘接剂，混合均均，加入材料分散剂，混合均匀，制备得均匀负极浆液；
[0008](3)电极片制备：将制备的正极与负极材料浆液分别涂抹于多孔铜箔或泡沫金属上，干燥后使用冲片器分别冲出正极与负极材料，分别得到超级电容器正极片与负极片；
[0009](4)扣式超级电容器组装：准备负极壳，放入负极片后覆盖玻璃纤维碳隔膜，滴入
电解液使隔膜被充分浸润，放入正极片后覆盖金属垫片，之后放入金属簧片后覆盖正极壳，压紧扣式超级电容器构件后，放入封口机封口，得到石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器。
[0010]进一步，步骤(1)中所述石墨烯/钴铝水滑石采用水热法一步合成，取Co(NO3)2·
6H2O:Al(NO3)3·
9H2O＝2:1加入质量占总物质量10％的石墨烯后加水搅拌均匀，装入聚四氟乙烯反应釜后，140℃下反应12小时制得石墨烯/钴铝水滑石。
[0011]进一步，所述导电剂为特密高碳材料或乙炔黑，粘接剂为聚偏氟乙烯，材料分散剂为N
‑
甲基吡咯烷酮溶液。
[0012]所述电解液为3M的氢氧化钾溶液。
[0013]优选，所述电解液为含铁氰化钾的氢氧化钾溶液。
[0014]更优选，所述含铁氰化钾的氢氧化钾溶液中氢氧化钾的浓度为3M，铁氰化钾的浓度为0.01～0.04M。配制过程中，以配置的氢氧化钾溶液为基液，配置铁氰化钾的混合溶液，即3M的氢氧化钾加入铁氰化钾配成0.01～0.04M的含铁氰化钾的氢氧化钾溶液。配置环境需为避光通风，配置后应在8小时内使用。
[0015]进一步，步骤(1)和步骤(2)中所述混合均匀的方法为超声、搅拌或研磨。
[0016]综上所述，本专利技术技术参数的基本构成是：通过水热法制备石墨烯/钴铝水滑石材料，采用3M KOH的碱性电解液，采用铁氰化钾为电解液添加物。此组合体系的超级电容器的能量密度和功率密度相当的高，循环稳定性比较好，倍率性能优秀。
[0017]本专利技术的方案具有以下的优点：
[0018]1)本专利技术采用水热法一步制成正极材料，具有操作简单、成本低廉、易大量生产的优势。制备石墨烯采用PECVD方法，制备方法简单、效率高，所得石墨烯团聚现象少、导电性良好。石墨烯与钴铝水滑石结合紧密，可以提高赝电容原理的电容性能；同时与石墨烯结合大大提高了材料的循环稳定性和倍率性能。
[0019]2)电解液中添加铁氰化钾等氧化还原物质，大大提高了电容器的能量密度和功率密度，同时并没有使扣式超级电容器的体积变大或者明显增重。
[0020]3)此方法制备的扣式超级电容器具有结构简单、使用寿命长、制造成本低、能量密度高、功率密度高、电压窗口高、倍率性能好等优点，有广泛的应用价值。
[0021]4)石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器，与常见的石墨烯/钴铝水滑石扣式电容器相比，在能量密度上的有明显的提升。原因是电解液中的铁氰化钾在充电放电过程中，铁氰根参与氧化还原反应，提升能量密度和功率密度。而正极材料中石墨烯与钴铝水滑石复合，虽然会一定量的降低材料的能量密度，但可以显著的提高正极材料的倍率性能与循环稳定性。
附图说明
[0022]图1是本专利技术名的组成结构示意图；
[0023]图2是电极片结构示意图；
[0024]图中：1
‑
正极壳、2
‑
垫片、3
‑
负极壳、4
‑
簧片、5
‑
正极片、6
‑
隔膜、7
‑
负极片；
[0025]图3是正极片材料的透射电子显微镜图；
[0026]图4是正极片材料的扫描电子显微镜图；
[0027]图5是本专利技术的恒流充放电图，其中曲线A是电流密度为1A g
‑1的恒流充放电曲线，曲线B是电流密度为2A g
‑1的恒流充放电曲线，曲线C是电流密度为3A g
‑1的恒流充放电曲线，曲线D是电流密度为4A g
‑1的恒流充放电曲线，曲线E是电流密度为5A g
‑1的恒流充放电曲线，曲线F是电流密度为7A g
‑1的恒流充放电曲线，曲线G是电流密度为10A g
‑1的恒流充放电曲线；
[0028]图6是本专利技术的循环伏安图，图中，曲线A是扫描速度为10mV s1的循环伏安图，曲线B是扫描速度为20mV s1的循环伏安图，曲线C是扫描速度为30mV s1的循环伏安图，曲线D是扫描速度为40mV s1的循环伏安图，曲线E是扫描本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)正极材料制备：按质量取70～80份石墨烯/钴铝水滑石，20～25份导电剂，10～15份粘接剂，混合均均，加入材料分散剂，混合均匀，制备得正极浆液；(2)负极材料制备：按质量取70～80份活性炭，20～25份导电剂，10～15份粘接剂，混合均均，加入材料分散剂，混合均匀，制备得均匀负极浆液；(3)电极片制备：将制备的正极与负极材料浆液分别涂抹于多孔铜箔或泡沫金属上，干燥后使用冲片器分别冲出正极与负极材料，分别得到超级电容器正极片与负极片；(4)扣式超级电容器组装：准备负极壳，放入负极片后覆盖玻璃纤维碳隔膜，滴入电解液使隔膜被充分浸润，放入正极片后覆盖金属垫片，之后放入金属簧片后覆盖正极壳，压紧扣式超级电容器构件后，放入封口机封口，得到石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器。2.根据权利要求1所述石墨烯/钴铝水滑石/铁氰化钾扣式超级电容器的制备方法，其特征在于：所述石墨烯/钴铝水滑石采用水热法一步合成，取Co(NO3)2·
6H2O:Al(NO3...
【专利技术属性】
技术研发人员：荆川，张水杰，郑佳雨，王晨旭，秦通，刘鑫，王晨晨，谢林林，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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