【技术实现步骤摘要】
本专利技术具体涉及一种超级电容器及其制备方法、应用。
技术介绍
1、由于有限的原油储存和全球变暖的情况，需要在电化学储能的科学和技术方面取得突破，以满足未来低碳和可持续发展的需求。其中，超级电容器通过可逆离子吸附在高表面积材料上来储存电荷，具有非凡的功率密度和循环稳定性，它在大规模的储能和电动汽车中发挥着至关重要的作用。然而，目前市场上的超级电容器的能量密度很低，无法与电池相比。目前提高其能量密度的改性方法主要为增大电极比表面积，另一个提高比能量的手段是利用涉及电极材料的表面区域的赝电容氧化还原反应，但是这些都存在工艺复杂，功率密度低等缺点。
2、超级电容器要求在提高能量密度的同时保持高功率密度。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有的超级电容器能量密度低、功率密度低的缺陷，而提供一种超级电容器及其制备方法、应用。本专利技术的超级电容器的能量密度大幅提高的同时还能保持高功率密度，能够适应高功率应用。
2、专利技术人在研发过程中创造性发现，本专利技术的超级电容器在充电过程中基于氧化还原反应产生的稳定吸附在多孔正极表面或孔道结构内的卤素单质或卤素互化物能够有效提高能量密度。例如氯氧化还原对(cl2/cl-)中，氯单质不会和氯离子生成多氯负离子，其理论比容量高达755mah/g，电位高达1.35v(相对于she)，可以有效提高能量密度。氯氧化还原化学反应是快速的单电子转移反应，适用于高功率应用。
3、具体地，在充电过程中，超级电容器的
4、此外，专利技术人还发现，不同种类、孔径的多孔正极容纳卤素单质或卤素互化物的能力不同。例如，实验分别采用孔径为2nm的活性炭衍生物、孔径为3nm的多壁碳纳米管(mcnt)和孔径为4nm的有序介孔碳cmk-3作为多孔正极，饱和氯化钠溶液作为电解质溶液，发现，孔径为2nm的活性炭衍生物不能容纳氯单质，无平台容量，而大孔径的mcnt和cmk-3可以很好的容纳氯单质。
5、本专利技术提供了一种超级电容器，其包括多孔正极、负极、以及电解质溶液；所述电解质溶液为含有卤素离子的水溶液；
6、所述多孔正极包括第一活性物质；
7、所述第一活性物质的孔径为3-6nm；
8、所述第一活性物质为多孔碳、多孔金属氧化物、孔状尖晶石化合物、多孔氮化物、多孔聚合物、介孔晶体硅和金属有机框架(mof)材料中的一种或多种。
9、本专利技术中，所述卤素离子包括cl-、br-和i-中的一种或多种，优选为cl-、br-或i-。
10、本专利技术中，所述第一活性物质的孔径优选为3-5.5nm，例如3nm、4nm或5nm。
11、本专利技术中，所述第一活性物质优选为多孔碳、多孔金属氧化物、孔状尖晶石化合物、多孔氮化物、多孔聚合物、介孔晶体硅或金属有机框架(mof)材料。
12、其中，所述多孔碳可为活性炭、介孔碳、碳纳米管、微孔碳和石墨中的一种或多种，例如活性炭、介孔碳、碳纳米管、微孔碳或石墨。
13、其中，所述多孔金属氧化物可为介孔tio2、介孔al2o3、介孔fe2o3、介孔wo3和介孔coo中的一种或多种，例如介孔tio2、介孔al2o3、介孔fe2o3、介孔wo3或介孔coo。
14、其中，所述孔状尖晶石化合物可为本领域常规的孔状尖晶石化合物。
15、其中，所述多孔氮化物可为介孔ta3n5和/或介孔c3n4。
16、其中，所述多孔聚合物可为多孔聚苯胺(pani)或多孔聚吡咯。
17、其中，所述介孔晶体硅可为多孔sio2。
18、其中，所述金属有机框架(mof)材料可为本领域常规的mof材料。
19、本专利技术一些优选实施方案中，所述第一活性物质为孔径为3nm的多壁碳纳米管(mcnt)或者孔径为4nm的有序介孔碳cmk-3。
20、本专利技术中，所述多孔正极还可包括第一粘结剂、第一导电材料和第一集流体。
21、其中，所述第一粘结剂可为聚偏氟乙烯(pvdf)和/或聚四氟乙烯(ptfe)。
22、其中，所述第一导电剂可为炭黑和/或石墨。
23、其中，所述第一集流体可为镍集流体、钛集流体、碳集流体和复合集流体中的一种或多种，例如镍集流体、钛集流体、碳集流体或复合集流体。
24、本专利技术中，所述负极可包括第二活性物质、第二粘结剂、第二导电材料和第二集流体。
25、其中，所述第二活性物质可为阳离子可逆嵌入脱出化合物、可逆吸脱附阳离子的材料和阳离子沉积析出基底材料的一种或多种，例如阳离子可逆嵌入脱出化合物、可逆吸脱附阳离子的材料或阳离子沉积析出基底材料。
26、其中，所述阳离子可逆嵌入脱出化合物材料可为namno2、na4mn9o18、v2o5、na3v2(po4)3、na3v2(po4)2f3、na2fepo4f、nafepo4、nati2(po4)3、liti2(po4)3和普鲁士蓝中的一种或多种，例如namno2、na4mn9o18、v2o5、na3v2(po4)3、na3v2(po4)2f3、na2fepo4f、nafepo4、nati2(po4)3、liti2(po4)3或普鲁士蓝。
27、其中，所述可逆吸脱附阳离子的材料可为活性炭、介孔碳、碳纳米管、微孔碳和石墨中的一种或多种，例如活性炭、介孔碳、碳纳米管、微孔碳或石墨。
28、其中，所述阳离子沉积析出基底材料可为锌片、钛片、钛网、锌粉和石墨烯中的一种或多种，例如锌片、钛片、钛网、锌粉或石墨烯。
29、其中，所述第二粘结剂可为聚偏氟乙烯(pvdf)和/或聚四氟乙烯(ptfe)。
30、其中，所述第二导电剂可为炭黑和/或石墨。
31、其中，所述第二集流体可为镍集流体、钛集流体、碳集流体和复合集流体中的一种或多种，例如镍集流体、钛集流体、碳集流体或复合集流体。
32、本专利技术中，所述电解质溶液一般还含有阳离子。
33、其中，所述阳离子可包括na+、li+、k+、nh4+、h+、zn2+、mg2+、ca2+、ba2+、al3+、fe3+、ni2+、cu2+、mn2+、v3+和cr3+中的一种或多种，例如，na+、li+、k+、nh4+、h+、zn2+、mg2+、ca2+、ba2+、al3+、fe3+、ni2+、cu2+、mn2+、v3+或cr3+。
34、本专利技术中，所述多孔正极和所述负极之间优选地设置有水系隔膜。
35、其中，所述水系隔膜可为石棉、玻璃纤维膜、纤维素隔膜和无纺布中的一种或多种，例如石棉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超级电容器，其特征在于，其包括多孔正极、负极、以及电解质溶液；所述电解质溶液为含有卤素离子的水溶液；
2.如权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，其满足下述条件a-g中的一个或多个：
3.如权利要求2所述的超级电容器，其特征在于，其满足下述条件a-c中的一个或多个：
4.如权利要求2所述的超级电容器，其特征在于，其满足下述条件a-e中的一个或多个；
5.如权利要求2所述的超级电容器，其特征在于，其满足下述条件a-c中的一个或多个：
6.如权利要求5所述的超级电容器，其特征在于，其满足下述条件a-c中的一个或多个：
7.如权利要求2所述的超级电容器，其特征在于，
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：在所述电解质溶液中，将所述多孔正极、所述负极组装，即可。
9.如权利要求2-7中任一项所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，其满足下述条件a-b中的一个或多个：
10.一种如权利要求1-7中任一项所述的超级电容器在物流
...【技术特征摘要】
1.一种超级电容器，其特征在于，其包括多孔正极、负极、以及电解质溶液；所述电解质溶液为含有卤素离子的水溶液；
2.如权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，其满足下述条件a-g中的一个或多个：
3.如权利要求2所述的超级电容器，其特征在于，其满足下述条件a-c中的一个或多个：
4.如权利要求2所述的超级电容器，其特征在于，其满足下述条件a-e中的一个或多个；
5.如权利要求2所述的超级电容器，其特征在于，其满足下述条件a-c中的一个或多个：
6.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，李春忠，范晓彤，姚梦雷，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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