CN106449171A - 一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法 - Google Patents
一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106449171A CN106449171A CN201610863349.7A CN201610863349A CN106449171A CN 106449171 A CN106449171 A CN 106449171A CN 201610863349 A CN201610863349 A CN 201610863349A CN 106449171 A CN106449171 A CN 106449171A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- flexible
- solid
- state supercapacitor
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000009975 flexible effect Effects 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- -1 graphite alkene Chemical class 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000003115 supporting electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,先配置氧化石墨烯水溶液,然后将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料,垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中,再给电极两侧提供电压,持续一段时间后将电极在常温下烘干,最后将电极置于氢气中加热一段时间即得到柔性全固态超级电容器电极;本发明方法工艺简单、易于实现,而且成本适中,依照本方法制备出的柔性全固态超级电容器电极,表现出高的比电容、能量密度和功率密度,以及良好的循环稳定性。
Description
技术领域
本发明属于超级电容器技术及新材料合成领域,具体涉及一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法。
背景技术
可弯曲、环境友好、廉价和安全的能量存储设备吸引了人们对柔性电子设备应用浓厚的兴趣。近年来,新型电极材料受到极大地关注,主要使用碳纳米管或石墨烯等可弯曲电极应用于柔性超级电容器。迄今为止,大多数柔性超级电容器使用液态电解质,液态电解质通常对环境不友好,且需要配套电解液的封装材料和电容器的包装材料。这些封装材料和包装材料增加了超级电容器的重量和体积,其不适合应用于轻便的、薄的设备。另外,含有电解液的电容器的各部件间不能完整的构成一体,降低了超级电容器的电化学性能和稳定性。因此,发展柔性全固态超级电容器电极是特别适用与可弯曲、可穿戴和小型化的电子设备。
发展柔性全固态超级电容器电极需重点从以下几个方面考虑:(1)高性能电极材料的设计;(2)强化电极与电解质间的界面;(3)提高可弯曲性;(4)简化结构。
石墨烯,作为碳材料,已被广泛用于能量转换、储能设备如燃料电池、超级电容器和锂离子电池的电极。石墨烯材料由于其独特的物理性能和化学性能,已取代传统的碳材料应用于超级电容器上。石墨烯及各种形貌的石墨烯衍生物被认为是很有潜力的超级电容器电极材料。现有技术中有人制备了三维、硼、氮共掺杂的高效石墨烯材料作为超级电容器电极材料。近来,还有人采用活性的石墨烯电极和离子液体制备了高性能超级电容器。
在碳纸上负载石墨烯(多孔石墨烯/碳纸),其作为可弯曲的、无粘结剂的电极能够应用于高效、柔性的全固态超级电容器电极。多孔石墨烯/碳纸电极中的多孔结构能显著增大石墨烯的表面积,进而增大其比电容。微孔结构的碳纸作为电极载体能增强电极与电解质间的结合力,有利于在电极中的离子扩散和电子传输。碳纸优异的机械稳定性和可弯曲性使得全固态超级电容器电极具有很好的柔性性质。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状,旨在提供一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,使制得的电极表现出高的比电容、能量密度和功率密度,以及良好的循环稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,包括如下步骤
a)、配置氧化石墨烯水溶液;
b)、将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料,垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中;
c)、给电极两侧提供电压,持续一段时间后将电极在常温下烘干;
d)、将电极置于氢气中加热一段时间即得到柔性全固态超级电容器电极。
所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,其特征在于,所述的氧化石墨烯水溶液浓度为0.2—0.9mg/mL。
所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,其两片碳纸之间的距离为3—30mm。
所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,其步骤c)的电压为1—10V、持续时间为5—24h。
所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,其步骤d)加热温度为250—500℃、加热时间为0.5—6h。
本发明的有益效果是:本发明方法工艺简单、易于实现,而且成本适中,依照本方法制备出的柔性全固态超级电容器电极,表现出高的比电容、能量密度和功率密度,以及良好的循环稳定性。
附图说明
图1和图2是本发明实施例1中全固态超级电容器电极的扫描电镜照片;
图3是本发明实施例1中弯曲后的全固态超级电容器的实物照片;
图4是本发明实施例1中全固态超级电容器电极弯曲前后的循环伏安曲线(扫速为25mV/s)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1至图4所示,本发明通过电化学沉积法在碳纸上负载多孔石墨烯(多孔石墨烯/碳纸),可被用作柔性全固态超级电容器电极。
大孔结构的碳纸作为电极载体使电极与电解质间结合得更紧,对离子扩散和电子传输均有帮助。
多孔石墨烯/碳纸优异的机械稳定性和和可弯曲性使全固态超级电容器电极具有很好的柔性性质。
基于多孔石墨烯/碳纸制得的全固态超级电容器电极表现出高的比电容、能量密度和功率密度,以及良好的循环稳定性。
实施例1:
a)、配置氧化石墨烯水溶液,溶液浓度为0.5 mg/mL;
b)、将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料,垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中,相距10mm;
c)、给电极两侧提供6V的电压,持续10h后将电极在常温下烘干;
d)、将电极置于氢气中在300°C下加热2h即得到所述柔性全固态超级电容器电极。
实施例2:
a)、配置氧化石墨烯水溶液,溶液浓度为0.8mg/mL;
b//将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料,垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中,相距25mm;
c)、给电极两侧提供9V的电压,持续8h后将电极在常温下烘干;
d、将电极置于氢气中在450°C下加热5h即得到所述柔性全固态超级电容器电极。
实施例3:
a)、配置氧化石墨烯水溶液,溶液浓度为0.2mg/mL;
b)、将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料,垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中,两片碳纸之间的距离为3mm;
c)、给电极两侧提供10V的电压,持续5h后将电极在常温下烘干;
d)、将电极置于氢气中在250°C下加热6h即得到所述柔性全固态超级电容器电极。
实施例4:
a)、配置氧化石墨烯水溶液,溶液浓度为0.9mg/mL;
b)、将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料,垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中,两片碳纸之间的距离为30mm;
c)、给电极两侧提供1V的电压,持续24h后将电极在常温下烘干;
d)、将电极置于氢气中在500°C下加热0.5h即得到所述柔性全固态超级电容器电极。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,以及部分运用的实施例,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,其特征在于:包括如下步骤
a)、配置氧化石墨烯水溶液;
b)、将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料,垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中;
c)、给电极两侧提供电压,持续一段时间后将电极在常温下烘干;
d)、将电极置于氢气中加热一段时间即得到柔性全固态超级电容器电极。
2.根据权利要求1所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,其特征在于,所述的氧化石墨烯水溶液浓度为0.2—0.9mg/mL。
3.根据权利要求1所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,其特征在于,所述的两片碳纸之间的距离为3—30mm。
4.根据权利要求1所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,其特征在于,所述的步骤c)的电压为1—10V、持续时间为5—24h。
5.根据权利要求1所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法,其特征在于,所述的步骤d)加热温度为250—500℃、加热时间为0.5—6h。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610863349.7A CN106449171A (zh) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | 一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610863349.7A CN106449171A (zh) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | 一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106449171A true CN106449171A (zh) | 2017-02-22 |
Family
ID=58170959
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610863349.7A Pending CN106449171A (zh) | 2016-09-29 | 2016-09-29 | 一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106449171A (zh) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006286218A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Asahi Kasei Corp | 非水系リチウム型蓄電素子およびその製造方法 |
CN104201438A (zh) * | 2014-09-23 | 2014-12-10 | 中国地质大学(武汉) | 一种基于氧化石墨烯-碳纸气体催化电极的锂-空气电池 |
CN104671362A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 中国科学院生态环境研究中心 | 去除水中溴酸盐的电极及其制备方法 |
CN104810530A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-07-29 | 桂林电子科技大学 | 一种石墨烯-铂纳米粒子-聚吡咯复合材料的制备方法及其应用 |
-
2016
- 2016-09-29 CN CN201610863349.7A patent/CN106449171A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006286218A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Asahi Kasei Corp | 非水系リチウム型蓄電素子およびその製造方法 |
CN104671362A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 中国科学院生态环境研究中心 | 去除水中溴酸盐的电极及其制备方法 |
CN104201438A (zh) * | 2014-09-23 | 2014-12-10 | 中国地质大学(武汉) | 一种基于氧化石墨烯-碳纸气体催化电极的锂-空气电池 |
CN104810530A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-07-29 | 桂林电子科技大学 | 一种石墨烯-铂纳米粒子-聚吡咯复合材料的制备方法及其应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JING LIU ETC: "Graphene/carbon cloth anode for high-performance mediatorless microbial fuel cells", 《BIORESOURCE TECHNOLOGY》 * |
SHUANGYIN WANG ETC: "Highly porous graphene on carbon cloth as advanced electrodes for flexible all-solid-state supercapacitors", 《NANO ENERGY》 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Symmetric electrodes for electrochemical energy‐storage devices | |
Zhong et al. | Improved energy density of quasi-solid-state supercapacitors using sandwich-type redox-active gel polymer electrolytes | |
Arvas et al. | A two‐dimensional material for high capacity supercapacitors: S‐doped graphene | |
Yang et al. | Use of organic precursors and graphenes in the controlled synthesis of carbon-containing nanomaterials for energy storage and conversion | |
Yang et al. | Hierarchical network architectures of carbon fiber paper supported cobalt oxide nanonet for high-capacity pseudocapacitors | |
CN102543483B (zh) | 一种超级电容器的石墨烯材料的制备方法 | |
JP2008066342A5 (zh) | ||
CN104538596B (zh) | 一种碳材料/共价有机二维网格复合电极材料及其制备方法与应用 | |
CN103839683A (zh) | 石墨烯电极片及其制备方法 | |
Hong et al. | Atomic layer deposition encapsulated activated carbon electrodes for high voltage stable supercapacitors | |
Liu et al. | Rice husk-derived carbon materials for aqueous Zn-ion hybrid supercapacitors | |
Song et al. | Dye-sensitized solar cells based on graphene-TiO2 nanoparticles/TiO2 nanotubes composite films | |
CN107086131A (zh) | 基于NiS/N‑rGO与N‑rGO的水系非对称超级电容器 | |
Ahmed et al. | Effect of lithium and sodium salt on the performance of Nb2O5/rGO nanocomposite based supercapacitor | |
Dhar et al. | Naturally occurring neem gum: An unprecedented green resource for bioelectrochemical flexible energy storage device | |
CN102354604B (zh) | 复合电极超级电容器及其制备方法 | |
CN108666152A (zh) | 一种自加热微型超级电容器 | |
CN106449171A (zh) | 一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法 | |
CN112735852B (zh) | 基于混合型超级电容器的热电转换与储电的一体化系统及方法 | |
Gupta et al. | Ionogels: Present Opportunities, and Challenges for Future in Energy Storage Applications | |
Aoki et al. | All-Solid-State Electric Double-Layer Capacitor Using Ion Conductive Inorganic–Organic Hybrid Membrane Based on 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane | |
CN105448539B (zh) | 一种提高TiO2电极电容的方法 | |
CN104681298A (zh) | 一种MnO2/碳气凝胶粉末复合电极材料的制备方法 | |
CN202159582U (zh) | 复合电极超级电容器 | |
CN102646853B (zh) | 一种用于铅酸蓄电池的固态化电解质 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170222 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |