CN106935415A - 提高双电层电容器比电容的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高双电层电容器比电容的方法，属于电容器技术领域。解决了现有技术中电容器隔膜对电解液的吸液率低，使得双电层电容器的等效内阻偏大，离子传导率低，比电容低的问题。本发明的方法，先将蛋壳膜从蛋壳上剥离、清洗、裁剪至需要尺寸，然后配置由蛋清、水和中性盐组合而成的蛋清基凝胶电解液，再将裁剪好的蛋壳膜置于蛋清基凝胶电解液中10min以上，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到蛋清基凝胶电解质，将其组装成双电层电容器。该方法简单、环保，利用蛋清与蛋壳膜的亲和性，以及蛋清增加电解液粘度的凝胶特性，使蛋壳膜吸附更大数量的电解液，从而降低电容器的内阻，增加离子传导，提高电容器的比电容。
Description
技术领域
本发明属于电容器技术领域，具体涉及一种提高双电层电容器比电容的方法。
背景技术
双电层电容器(ElectricalDouble-LayerCapacitor)又叫超级电容器，是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。在智能电子产品、电动工具、混合动力汽车以及大功率脉冲设备等领域有着重要用途。
作为双电层电容器的重要组成部分，电解质对双电层电容器的储电性能有很大影响，决定着电容器的等效内阻，工作电压范围，储电容量及工作温度和工作环境。现有技术中双层电容器的水相电解质的制备主要是将隔膜置于酸、碱或中性盐的电解液中。但是，由于现有技术中的隔膜材料，如聚丙烯多孔膜等对水系电解液的吸液率低，使得这类双电层电容器的等效内阻偏大，离子传导率低，电容器比电容低。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中电容器隔膜对电解液的吸液率低，使得双电层电容器的等效内阻偏大，离子传导率低，电容器比电容低的问题，提供一种提高双电层电容器比电容的方法。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。
提高双电层电容器比电容的方法，步骤如下：
步骤一、将蛋壳膜从蛋壳上剥离、清洗、裁剪至需要尺寸；
步骤二、配置蛋清基凝胶电解液，所述蛋清基凝胶电解液由蛋清、水和中性盐组合而成，蛋清与水的体积比为1:9到10:0，中性盐的浓度不超过1mol/L；
步骤三、将裁剪好的蛋壳膜置于蛋清基凝胶电解液中10min以上，得到吸附蛋清基凝胶电解液的蛋壳膜，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到蛋清基凝胶电解质；
步骤四、将蛋清基凝胶电解质组装成双电层电容器。
优选的是，步骤一中，所述蛋壳膜为鸡蛋壳膜、鸭蛋壳膜、鹅蛋壳膜、孔雀蛋壳膜或者鸵鸟蛋壳膜。
优选的是，步骤二中，所述的中性盐为氯化钠、氯化锂和硫酸钠中的一种或多种按任意比例的混合。
优选的是，步骤二中，所述蛋清为鸡蛋清、鸭蛋清、鹅蛋清、孔雀蛋清和驼鸟蛋清中的一种或多种按任意比例的混合。
优选的是，所述蛋壳膜和蛋清来源于同一动物品种。
优选的是，步骤二中，所述蛋清与水的体积比为(1.5～4):1，更优选的为4:1。
优选的是，步骤三中，蛋壳膜对蛋清基凝胶电解液的吸液率为21％以上。
优选的是，步骤四中，将蛋清基凝胶电解质组装成双电层电容器的过程为，将蛋清基凝胶电解质与稻壳基活性炭电极以三明治结构组装，然后以锡纸作为集流体，使用透明胶带简易封装，得到双电层电容器。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的提高双电层电容器比电容的方法简单、环保，利用蛋清与蛋壳膜的亲和性，以及蛋清增加电解液粘度的凝胶特性，在电解液中添加合适比例的蛋清，以蛋壳膜作为隔膜，使蛋壳膜吸附更大数量的电解液，从而降低电容器的内阻，增加离子传导，提高电容器的比电容；经试验检测，采用本发明的方法，在电流密度为0.2A/g时，电容器的比电容能够达到138～171F/g，相对于未加蛋清的电容器，有效提升电容器的比电容30％以上。
此外，本发明方法还可以提升电容器的循环稳定性，并使之具备可弯折性，这为制备生物质(准)固态超级电容器提供了新的思路，为电容器在便携式电子产品领域实现应用提供了可能。
附图说明
图1为本发明实施例1的蛋清基凝胶电解质的蛋壳膜和对比例1的非蛋清基凝胶电解质的蛋壳膜对电解液吸液率的对比图；
图2为本发明实施例1的电容器和对比例1的电容器的电化学阻抗对比图；
图3是图2的局部放大图；
图4为本发明实施例1的电容器和对比例1的电容器的比电容对比图；
图5为本发明实施例1的电容器和对比例1的电容器的循环稳定性对比图；
图6为本发明实施例1的电容器在不同弯折情况下的循环伏安曲线；
图7为本发明实施例6的蛋壳膜对含有不同体积比的蛋清与水的电解液的吸液率曲线。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明的提高双电层电容器比电容的方法，步骤如下：
步骤一、将蛋壳膜从蛋壳上剥离、清洗、裁剪至需要尺寸；
其中，蛋壳膜没有特殊限制，可以为鸡蛋壳膜、鸭蛋壳膜、鹅蛋壳膜、孔雀蛋壳膜或者鸵鸟蛋壳膜。
步骤二、配置蛋清基凝胶电解液，所述蛋清基凝胶电解液由蛋清、水和中性盐组合而成，蛋清与水的体积比为1:9到10:0，优选(1.5～4):1，更优选4:1，中性盐的浓度不超过1mol/L；
其中，蛋清没有特殊限制，可以为鸡蛋清、鸭蛋清、鹅蛋清、孔雀蛋清和驼鸟蛋清中的一种或多种按任意比例的混合，但考虑蛋清与蛋壳膜的亲和性，优选蛋清与蛋壳膜来源于同一类蛋品种，更优选来源于同一个蛋；
中性盐可以为氯化钠、氯化锂和硫酸钠的一种或多种按任意比例的混合。
蛋清与水的体积必须在本发明限制范围内，如果低于比例小于该范围，蛋清浓度过低，无法实现蛋壳膜吸附足够的电解液，无法达到提升效果，相应的，中性盐的浓度也必须在1mol/L以内，如果浓度过高，蛋清会发生盐析，降低蛋壳膜对电解液的吸附量。
步骤三、将裁剪好的蛋壳膜置于蛋清基凝胶电解液中10min以上，得到吸附蛋清基凝胶电解液的蛋壳膜，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到蛋清基凝胶电解质(以蛋壳膜为基体，蛋清和水为塑化剂，中性盐为传导基质)，其中蛋壳膜对电解液的吸液率一般为11％～29％；
其中，浸泡时间是为了保证蛋壳膜的吸附量必须的，如果时间短于10min，蛋壳膜无法达到吸附量，不能达到显著提升比电容的效果。
步骤四、将蛋清基凝胶电解质组装成双电层电容器，该组装过程没有特殊限制，和现有技术中的电解质组装双层电容器的方法相同，是将蛋清基凝胶电解质与稻壳基活性炭电极以三明治结构组装，然后以锡纸作为集流体，使用透明胶带简易封装，得到双电层电容器。其他封装方式也可以，没有特殊限制，只要采用本发明的方法，就能起到提高比电容的作用。
以下结合实施例及附图进一步说明本发明。
对比例1
步骤一、将蛋壳膜从鸡蛋壳上剥离、清洗、裁剪至1.2cm×1.2cm尺寸；
步骤二、配置非蛋清基凝胶电解液，非蛋清基凝胶电解液由水和氯化钠组合而成，氯化钠的浓度为1mol/L；
步骤三、将裁剪好的蛋壳膜置于非蛋清基凝胶电解液中10min，得到吸附非蛋清基凝胶电解液的蛋壳膜，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到非蛋清基凝胶电解质，其中蛋壳膜对电解液的吸液率为10％；
步骤四、将非蛋清基凝胶电解质与稻壳基活性炭电极(1cm×1cm)以三明治结构组装，以锡纸作为集流体，为了避免电解液水分蒸发，用透明胶带作为简易封装材料，得到电容器。
对对比例1的电容器进行电容器恒流充放电实验，得到比电容为136F/g(电流密度为0.2A/g)。
实施例1
步骤一、将蛋壳膜从鸡蛋壳上剥离、清洗、裁剪至1.2cm×1.2cm尺寸；
步骤二、配置蛋清基凝胶电解液，蛋清基凝胶电解液由鸡蛋清、水和氯化钠组合而成，蛋清与水的体积比为8:2，氯化钠的浓度为1mol/L；
步骤三、将裁剪好的蛋壳膜置于蛋清基凝胶电解液中10min，得到吸附蛋清基凝胶电解液的蛋壳膜，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到蛋清基凝胶电解质，其中蛋壳膜对电解液的吸液率为27％；
步骤四、将蛋清基凝胶电解质与稻壳基活性炭电极(1cm×1cm)以三明治结构组装，以锡纸作为集流体，为了避免电解液水分蒸发，用透明胶带作为简易封装材料，得到电容器。
对实施例1的电容器进行电容器恒流充放电实验(具体方法与对比例1相同)，得到比电容为171F/g(电流密度为0.2A/g)。
图1为本发明实施例1的蛋清基凝胶电解质的蛋壳膜和对比例1的非蛋清基凝胶电解质的蛋壳膜对电解液吸液率的对比图；图2为本发明实施例1的电容器和对比例1的电容器的电化学阻抗对比图；图3是图2的局部放大图；图4为本发明实施例1的电容器和对比例1的电容器的比电容对比图。图5为本发明实施例1的电容器和对比例1的电容器的循环稳定性对比图；图6为本发明实施例1的电容器在不同弯折情况下的循环伏安曲线。
从图1～4可以看出，本发明以蛋壳膜作为隔膜，在电解液中引入蛋清使蛋壳膜吸附更大数量的电解液，从而降低电容器的内阻，增加离子传导，提高电容器的比电容。从图5和图6可以看出，本发明还可提高电容器的循环稳定性，并使电容器具备了可弯折性。
实施例2
步骤一、将蛋壳膜从鸡蛋壳上剥离、清洗、裁剪至1.2cm×1.2cm尺寸；
步骤二、配置蛋清基凝胶电解液，蛋清基凝胶电解液由鸡蛋清、水和氯化钠组合而成，蛋清与水的体积比为10:0，氯化钠的浓度为1mol/L；
步骤三、将裁剪好的蛋壳膜置于蛋清基凝胶电解液中10min，得到吸附蛋清基凝胶电解液的蛋壳膜，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到蛋清基凝胶电解质，其中蛋壳膜对电解液的吸液率为19％；
步骤四、将蛋清基凝胶电解质与稻壳基活性炭电极(1cm×1cm)以三明治结构组装，以锡纸作为集流体，为了避免电解液水分蒸发，用透明胶带作为简易封装材料，得到电容器。
对实施例2的电容器进行电容器恒流充放电实验(具体方法与对比文件1相同)，得到比电容为154F/g(电流密度为0.2A/g)。
实施例3
步骤一、将蛋壳膜从鸡蛋壳上剥离、清洗、裁剪至1.2cm×1.2cm尺寸；
步骤二、配置蛋清基凝胶电解液，蛋清基凝胶电解液由鸡蛋清、水和氯化钠组合而成，蛋清与水的体积比为1:9，氯化钠的浓度为1mol/L；
步骤三、将裁剪好的蛋壳膜置于蛋清基凝胶电解液中10min，得到吸附蛋清基凝胶电解液的蛋壳膜，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到蛋清基凝胶电解质，其中蛋壳膜对电解液的吸液率为11％；
步骤四、将电解质隔膜蛋清基凝胶电解质与稻壳基活性炭电极(1cm×1cm)以三明治结构组装，以锡纸作为集流体，为了避免电解液水分蒸发，用透明胶带作为简易封装材料，得到电容器。
对实施例3的电容器进行电容器恒流充放电实验(具体方法与对比文件1相同)，得到比电容为138F/g(电流密度为0.2A/g)。
实施例4
步骤一、将蛋壳膜从鹅蛋壳上剥离、清洗、裁剪至1.2cm×1.2cm尺寸；
步骤二、配置蛋清基凝胶电解液，蛋清基凝胶电解液由鹅蛋清、水和氯化钠组合而成，蛋清与水的体积比为8:2，氯化钠的浓度为0.5mol/L，
步骤三、将裁剪好的蛋壳膜置于蛋清基凝胶电解液中10min，得到吸附蛋清基凝胶电解液的蛋壳膜，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到蛋清基凝胶电解质，其中蛋壳膜对电解液的吸液率为29％；
步骤四、将电解质隔膜与稻壳基活性炭电极(1cm×1cm)以三明治结构组装，以锡纸作为集流体，为了避免电解液水分蒸发，用透明胶带作为简易封装材料，得到电容器。
对实施例4的电容器进行电容器恒流充放电实验(具体方法与对比文件1相同)，150F/g(电流密度为0.2A/g)。
实施例5
步骤一、将蛋壳膜从鸭蛋壳上剥离、清洗、裁剪至1.2cm×1.2cm尺寸；
步骤二、配置蛋清基凝胶电解液，蛋清基凝胶电解液由鸭蛋清、水和硫酸钠组合而成，蛋清与水的体积比为8:2，硫酸钠的浓度为0.8mol/L；
步骤三、将裁剪好的蛋壳膜置于蛋清基凝胶电解液中10min，得到吸附蛋清基凝胶电解液的蛋壳膜，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到蛋清基凝胶电解质，其中蛋壳膜对电解液的吸液率为27％；
步骤四、将蛋清基凝胶电解质与稻壳基活性炭电极(1cm×1cm)以三明治结构组装，以锡纸作为集流体，为了避免电解液水分蒸发，用透明胶带作为简易封装材料，得到电容器。
对实施例5的电容器进行电容器恒流充放电实验(具体方法与对比文件1相同)，得到比电容为158F/g(电流密度为0.2A/g)。
实施例6
检测在不同体积比的蛋清与水中，蛋壳膜对电解液的吸液率：
步骤一、将蛋壳膜从鸡蛋壳上剥离、清洗、裁剪至1.2cm×1.2cm尺寸；
步骤二、配置蛋清基凝胶电解液，蛋清基凝胶电解液由鸡蛋清、水和氯化钠组合而成，蛋清与水的体积比分别为10:0、8:2、6:4、4:6、2:8、0:10，氯化钠的浓度为1mol/L；
步骤三、将裁剪好的蛋壳膜置于蛋清基凝胶电解液中10min，得到吸附蛋清基凝胶电解液的蛋壳膜，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到蛋清基凝胶电解质，蛋壳膜对电解液的吸液率如图7所示。
图7为不同蛋清与水的配比下，蛋壳膜对电解液的吸液率曲线，曲线从上之下依次对应的蛋清与水的体积比为8:2、6:4、10:0、4:6、2:8、0:10。从图7可以看出，本发明的蛋清与水的体积比优选为(1.5～4):1。
以上的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.提高双电层电容器比电容的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将蛋壳膜从蛋壳上剥离、清洗、裁剪至需要尺寸；
步骤二、配置蛋清基凝胶电解液，所述蛋清基凝胶电解液由蛋清、水和中性盐组合而成，蛋清与水的体积比为1:9到10:0，中性盐的浓度不超过1mol/L；
步骤三、将裁剪好的蛋壳膜置于蛋清基凝胶电解液中10min以上，得到吸附蛋清基凝胶电解液的蛋壳膜，擦拭蛋壳膜表面多余的电解液，得到蛋清基凝胶电解质；
步骤四、将蛋清基凝胶电解质组装成双电层电容器。
2.根据权利要求1所述的提高双电层电容器比电容的方法，其特征在于，步骤一中，所述蛋壳膜为鸡蛋壳膜、鸭蛋壳膜、鹅蛋壳膜、孔雀蛋壳膜或者鸵鸟蛋壳膜。
3.根据权利要求1所述的提高双电层电容器比电容的方法，其特征在于，步骤二中，所述的中性盐为氯化钠、氯化锂和硫酸钠中的一种或多种按任意比例的混合。
4.根据权利要求1所述的提高双电层电容器比电容的方法，其特征在于，步骤二中，所述蛋清为鸡蛋清、鸭蛋清、鹅蛋清、孔雀蛋清和驼鸟蛋清中的一种或多种按任意比例的混合。
5.根据权利要求1所述的提高双电层电容器比电容的方法，其特征在于，所述蛋壳膜和蛋清来源于同一动物品种。
6.根据权利要求1所述的提高双电层电容器比电容的方法，其特征在于，步骤二中，所述蛋清与水的体积比为(1.5～4):1。
7.根据权利要求1所述的提高双电层电容器比电容的方法，其特征在于，步骤三中，所述蛋壳膜对蛋清基凝胶电解液的吸液率为21％以上。
8.根据权利要求1所述的提高双电层电容器比电容的方法，其特征在于，步骤四中，将蛋清基凝胶电解质组装成双电层电容器的过程为，将电解质与稻壳基活性炭电极以三明治结构组装，然后以锡纸作为集流体，使用透明胶带简易封装，得到双电层电容器。
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