CN109830379A - 一种超级电容器及其制备方法 - Google Patents

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王晓峰
张超
于大明
尤霆
孟令军
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Abstract

本发明涉及一种超级电容器及其制备方法，超级电容器由左至右分别为：集流体，活性物质，电解液，活性物质，集流体；活性物质含有锌‑3‑脱乙烯基‑3‑羟甲基‑脱镁叶绿素酸a甲酯；超级电容器的制备方法包括：对集流体进行处理；配制电解液；将含锌‑3‑脱乙烯基‑3‑羟甲基‑脱镁叶绿素酸a甲酯的活性物质在研钵中研磨，混合均匀，用刮刀将研磨好的活性物质浆料刮涂到处理好的集流体上，刮涂结束后将电极进行干燥；取两片电极，及上述配制的电解液，组装成超级电容器。本发明以锌‑3‑脱乙烯基‑3‑羟甲基‑脱镁叶绿素酸a甲酯作为超级电容器电极材料，绿色环保，可持续性强，材料来源广泛，具有不错的比电容，合成工艺简单易行，设备要求低，有良好的应用前景。

Description

一种超级电容器及其制备方法
技术领域
本发明属于超级电容器储能技术领域，具体涉及电极活性物质为含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯的超级电容器及其制备方法。
背景技术
超级电容器是上世纪兴起的一种储存能量的电子元件，通常指的是容量达到法拉级别的电容器。与传统的电容器类似，通常是由相互平行的两块电极板和之间的介质构成。与传统的电池相比，通常具有功率密度大，充放电速度快，循环寿命长等优点。根据其电能的储存机理，超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第准电容器(赝电容器)。双电层电容器是通过电极表面对电解质溶液中带电离子的静电吸附来储存电量的电子器件。拥有较大比表面积的碳基材料如活性炭，洋葱碳，衍生碳，石墨烯和碳纳米管都被普遍的应用到双电层电容器电极材料的制作中，具有较好的功率密度和循环性能。另一种为法拉第准电容(赝电容器)，其典型的电极材料通常是过渡金属氧化物，导电聚合物等等，其通过电极材料近表面的氧化还原反应来储存能量，且此过程可逆，便于充放电的进行。
叶绿素是一类具有特殊光化学、光物理性能的有机分子，也是光合作用中叶绿体的重要组成部分。叶绿素及其衍生物的光捕获能力和电子转移能力已被广泛研究，经常被应用于染料敏化电池和有机太阳能电池中，且具有不错的光伏性能。相对于广泛有机分子，其具有以下优点：1.叶绿素作为光合成系统叶绿体的成分，广泛分布于自然界，资源丰富。2.其在光合作用时捕获阳光，再将能量传输到光合作用反应中心，具有较高的载流子迁移率。3.大部分叶绿素衍生物都无毒无害，不会对环境产生影响。含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a 甲酯就是一种叶绿素衍生物，其结构式如图1，制备方法参见Photochem. Photobiol.63(1996)92-99。
电极材料的选择对超级电容器储能性质有着极大的影响，选用合理的电极材料，对电容器储能过程中电荷的转移、能量的储存极为重要，进而影响超级电容器的器件容量、输出功率和使用寿命。
发明内容
本发明的目的是使用了刮涂的方法制备了含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯电极，将其作为对称式超级电容器的两极，进而提供一种超级电容器及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
一种超级电容器，其为对称式超级电容器，由左至右分别为：集流体，活性物质，电解液，活性物质，集流体；
其特征在于，所述活性物质含有锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯。
在上述技术方案中，所述活性物质还包括乙炔黑和聚四氟乙烯；所述活性物质为锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯，乙炔黑，聚四氟乙烯(PTFE) 按照一定比例混合即可。
在上述技术方案中，所述集流体为辊压好的泡沫镍。
在上述技术方案中，所述电解液为浓度2mol/L的KOH溶液。
在上述技术方案中，所述集流体的厚度为10-15μm，所述三种活性物质的总质量在1-4mg。
一种超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
1)集流体的处理：
用辊压机常温下辊轧集流体，后将集流体放入丙酮中超声处理，之后放在真空干燥箱中干燥；
2)配制电解液；
3)刮涂法涂布：
将含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯的活性物质在研钵中研磨，使其混合均匀，用刮刀将研磨好的活性物质浆料刮涂到步骤1)中处理好的集流体上，刮涂结束后将制备好的电极放入真空干燥箱中干燥；
4)电容器组装
取两片步骤3)中制作的电极，两电极涂有活性物质的一面正对，取步骤 2)配制的电解液，组装成对称式超级电容器即可。
在上述技术方案中，所述活性物质还包括乙炔黑和聚四氟乙烯。
在上述技术方案中，所述活性物质锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a 甲酯，乙炔黑，聚四氟乙烯(PTFE)。
在上述技术方案中，所述集流体为辊压好的厚度为10-15μm的泡沫镍，所述活性物质的总质量在1-4mg，所述电解液为浓度2mol/L的KOH溶液。
本发明的有益效果是：
本发明提供的超级电容器以锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯作为超级电容器电极材料，绿色环保，可持续性强，材料来源广泛，同时还能提供不错的比电容。
本发明提供的超级电容器的制备方法，其合成工艺简单易行，设备要求低，有良好的应用前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯的结构式。
图2是将本发明的超级电容器连接到电化学工作站A11719的基于超级电容器储能性质测量的示意图。
图3是本发明的基于含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯作为电极材料的超级电容器的性能测试图，其中图3a为循环伏安图，图3b为恒流充放电图，图3c为交流阻抗图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做以详细说明。
本发明提供一种简易的对称式超级电容器模型，由左至右依次包括集流体、活性物质、电解液、活性物质和集流体；所述活性物质主要为含锌-3-脱乙烯基 -3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯。
优选所述集流体为泡沫镍；所述电解液为2mol/L的KOH溶液；
本发明对集流体及活性物质的厚度没有特殊要求，按照实际需要制备所需厚度即可。优选所述滚压后泡沫镍的厚度为10-15μm。
所述活性物质还包括乙炔黑和聚四氟乙烯；刮涂质量为1-4mg。
本发明还提供一种超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
1)泡沫镍集流体的处理：
用辊压机常温下辊轧泡沫镍，后将泡沫镍放入丙酮中超声30min，之后放在真空干燥箱中干燥2小时；
2)配制电解液
配制2mol/L的KOH溶液300mL；
3)刮涂法涂布：
将含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯，乙炔黑，聚四氟乙烯 (PTFE)按照一定的质量比混合，在研钵中研磨3min，使其混合均匀。用刮刀将研磨好的浆料刮涂到1)中准备好的泡沫镍中，活性物质的质量约为2-4mg 为宜。刮涂结束后将制备好的电极放入真空干燥箱中60℃干燥6h。
4)电化学性质测试：
取两片3)中制作的电极，在二电极系统中测试。两片电极活性物质的量应该匹配，涂有活性物质的一面正对，电解液为2)中配置的KOH溶液。测试其循环伏安特性，恒流充放电特性和交流阻抗特性。
为了对本发明有更深的了解，下面结合实施例中对技术方案进行清楚、完整地描述，但是本发明的实施例仅仅是为了解释本发明，并非限制本发明，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施案例，均属于本发明的保护范围。
以下实施例中所用的原料均为市售商品。
实施例1
将泡沫镍用实验型辊压机进行辊压，然后将其置于丙酮中超声30min，之后放在真空干燥箱中干燥2小时，得到的泡沫镍的厚度为15μm。然后配制2mol/L 的KOH溶液，冷却至室温。之后以锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯：乙炔黑：聚四氟乙烯(PTFE)＝8:1:1的质量比配制活性物质，即称取含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯0.1284g，乙炔黑0.016g，60％的 PTFE分散液20μL，将其置入研钵中研磨3min，使其混合均匀。用刮刀将研磨好的浆料刮涂到准备好的泡沫镍上，活性物质的质量约为2mg为宜。刮涂结束后将制备好的电极放入真空干燥箱中60℃干燥6h。取两片干燥好的电极，在二电极系统中测试。两片电极活性物质的量应该匹配，涂有活性物质的一面正对，电解液为配置好的2mol/L的KOH溶液，参见图2。测试其循环伏安特性，恒流充放电特性和交流阻抗特性。
图3是本发明制备的含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯作为电极材料的循环伏安图，恒流充放电图和交流阻抗图。图3(a)中，可以看到在充放电过程中，在0.21V和0.31V处有两个对称的氧化还原峰，说明该材料为赝电容性材料。在图3(b)恒流充放电过程中，在0.5A/g的电流密度下，该电极的比电容能够达到35.4F/g，具备较好的储能特性。在3(c)中交流阻抗图中可见在高频区内阻较小；在低频区有较大斜率，说明该材料具有较好的电容特性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种超级电容器，其为对称式超级电容器，由左至右分别为：集流体，活性物质，电解液，活性物质，集流体；
其特征在于，所述活性物质含有锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯。
2.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述活性物质还包括乙炔黑和聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述集流体为辊压好的泡沫镍。
4.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述电解液为浓度2mol/L的KOH溶液。
5.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述集流体的厚度为10-15μm，所述活性物质的总质量在1-4mg。
6.一种权利要求1所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)集流体的处理：
用辊压机常温下辊轧集流体，后将集流体放入丙酮中超声处理，之后放在真空干燥箱中干燥；
2)配制电解液；
3)刮涂法涂布：
将含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯的活性物质在研钵中研磨，使其混合均匀，用刮刀将研磨好的活性物质浆料刮涂到步骤1)中处理好的集流体上，刮涂结束后将制备好的电极放入真空干燥箱中干燥；
4)电容器组装
取两片步骤3)中制作的电极，两电极涂有活性物质的一面正对，取步骤2)配制电解液，组装成对称式超级电容器即可。
7.根据权利要求7所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，所述活性物质还包括乙炔黑和聚四氟乙烯。
8.根据权利要求8所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，所述活性物质锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯：乙炔黑：聚四氟乙烯的质量比为8:1:1。
9.根据权利要求7所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，所述集流体为辊压好的厚度为10-15μm的泡沫镍，所述活性物质的总质量在1-4mg，所述电解液为浓度2mol/L的KOH溶液。
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