CN114242465A - 一种水系锌离子混合电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水系锌离子混合电容器及其制备方法，所述方法包括以下步骤：将水溶性聚合物与纯水混合均匀得到共溶剂，向所述共溶剂中加入有机电解质盐得到混合溶液；向所述混合溶液中加入氧化还原活性添加剂得到水系电解质；将所述水系电解质与活性炭正极、锌金属负极、隔膜进行组装，得到水系锌离子混合电容器。本发明从水系电解质的设计改性出发，利用聚合物分子拥挤基团和氧化还原活性离子的协同作用机制，在扩宽水系电解质电化学稳定窗口的同时提升电容型正极比容量，达到提高水系锌离子混合电容器能量密度和循环寿命的目的，由此解决水系锌离子混合电容器工作电压窗口窄、电容型正极的比容量低的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于锌离子超级电容器技术领域，更具体地，涉及一种水系锌离子混合电容器及其制备方法。
背景技术
水系电化学储能器件因具有高的安全性和低的投资成本，有望在大规模电网储能、可穿戴电子产品等领域获得应用，近年来水系电化学储能关键材料与器件的研究在国际上受到格外关注。
目前商业水系铅酸、镍镉二次电池因含有大量有害的重金属元素会污染环境，并且其较低的能量密度(铅酸电池的能量密度约为45Wh/Kg，镍镉电池的能量密度约为50Wh/Kg)和有限的使用寿命，增加了单位能量输出的储能成本，从而限制了它们的大规模应用。随着移动电子和电动汽车产业的迅猛发展，对锂和钴等稀有资源的依赖更加严重，而稀有的锂资源势必将阻碍未来锂离子电池产业的发展，也将会导致锂离子电池(包括水系锂离子电池)成本的上升。锌(Zn)金属在大气和水溶液中显示出优异的稳定性，并且具有高的理论比容量(820mAh/g和5851mAh/cm3)、低的氧化还原电势(-0.76V vs.SHE)、丰富的天然储量和低廉的价格(～1.8万/吨)。同时，Zn金属具有良好的可塑性和电子电导性，既可做负极活性物质同时可充当电子集流体，简化了器件的设计和组装。基于Zn金属负极和水系电解质的锌离子混合电容器(ZICs)有望在低成本高性能水系电化学储能器件中脱颖而出。但是由于目前大多数过渡金属氧化物正极材料在水系电解质中呈现溶解和副反应问题，恶化了Zn离子电池的循环稳定性和使用寿命。
水系锌离子混合电容器作为一种混合型超级电容器，通常由电池型Zn金属负极、电容型正极(以多孔碳材料的研究最为广泛)和水系电解质构成。一方面，依靠双电层储能(无相转变)的多孔碳正极，理论上可提供无限的循环寿命；另一方面，凭借法拉第反应存储电荷的Zn负极，可以提供极高的理论比容量。与水系锌离子电池相比，水系锌离子混合电容器具有更长的使用寿命和更高的功率特性，然而，受多孔碳正极比容量的限制，水系锌离子混合电容器呈现出较低的能量密度，从而限制了其广泛的应用。为了进一步提升水系锌离子混合电容器的能量密度，一方面需要提高水系电解质的工作电压窗口(水的热动力稳定窗口仅为1.23V)，另一方面需要提升电容型正极的比容量。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水系锌离子混合电容器及其制备方法，从水系电解质的设计改性出发，利用聚合物分子拥挤基团和氧化还原活性离子的协同作用机制，在扩宽水系电解质电化学稳定窗口的同时提升电容型正极比容量，达到提高水系锌离子混合超级电容器能量密度和循环寿命的目的，由此解决水系锌离子混合超级电容器工作电压窗口窄、电容型正极的比容量低的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水系锌离子混合电容器的制备方法，包括以下步骤：
S1:将水溶性聚合物与纯水混合均匀得到共溶剂，向所述共溶剂中加入有机电解质盐得到混合溶液；
S2：向所述混合溶液中加入氧化还原活性添加剂得到水系电解质；
S3：将所述水系电解质与活性炭正极、锌金属负极、隔膜进行组装，得到水系锌离子混合电容器。
优选地，所述水溶性聚合物包括聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚丙二醇400中的一种或者多种。
优选地，所述水溶性聚合物在共溶剂的质量分数为70～90％。
优选地，所述有机电解质盐包括醋酸锌、三氟甲烷磺酸锌、双三氟甲磺酰亚胺锌、双氟磺酰亚胺锌中的一种或者多种。
优选地，所述氧化还原活性添加剂包括铁氰化钾、亚铁氰化钾、碘化钾、溴化钾、碘化锌、溴化锌、溴化钠、溴化锂中的一种或者多种。
优选地，所述氧化还原活性添加剂在所述水系电解质中的质量摩尔浓度为0.1～1mol kg-1。
优选地，所述有机电解质盐在所述混合溶液中的质量摩尔浓度为1～3mol kg-1。
按照本发明的另一个方面，提供了一种水系锌离子混合电容器。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
(1)本发明提供的水系锌离子混合电容器一方面采用了水溶性聚合物与纯水混合均匀得到共溶剂，水与聚合物的相互作用使得自由水分子被限制在聚合物分子链的附近，水氢键网络结构因而受到扰动，水的活性降低，从而抑制水的分解。电解质的析氢电位明显降低，析氧电位略微升高，其电化学稳定窗口得到提高；另一方面，采用了氧化还原活性添加剂。由于碳正极材料所提供的双电层电容比较低，电容器负极材料本身的容量比较高，使得正负极比容量达不到平衡。氧化还原活性添加剂中的分子或(阴)离子在混合电容器的充电过程中能被吸附在碳材料正极表面上发生快速的氧化还原反应，从而产生法拉第赝电容；放电过程中发生可逆的氧化还原反应。混合超级电容器电容型电极一侧的比容量得到大幅度提高，电池型电极的比容量也得到充分利用，总体的能量密度增加。本发明从水系电解质的设计改性出发，利用水溶性聚合物和氧化还原活性离子的协同作用机制，在扩宽水系电解质电化学稳定窗口的同时提升电容型正极比容量，达到提高水系锌离子混合电容器能量密度和循环寿命的目的。
需要说明的是，本发明提供的水系锌离子混合电容器中负极部分直接采用对水较为稳定的锌金属箔片，不同于目前常规的锂离子或钠离子混合电容器负极材料的选择(通常选用碳材料)。原因是锂金属或钠金属非常活泼，遇水发生剧烈反应，从而带来安全风险，不能直接用作水系锂离子或钠离子混合电容器的负极材料。此外，本发明所设计的高压活性水系电解质是针对水系锌离子混合电容器而设计(水系锌离子混合电容器仅需提高电容型正极比容量)，不适用于常规水系锂离子或钠离子混合电容器。
(2)本发明中所选用的水溶性聚合物的分子结构中含有大量亲水基团，可与水以任意比例互溶，在其较高浓度的水溶液中仍能保持较低的黏度与较高的离子电导率。
(3)本发明提供了高压活性水系电解质中的低浓度的有机电解质盐。在水溶性聚合物与水形成的共溶剂中加入1～3mol kg-1的有机电解质盐，在成本降低的同时，能扩宽到甚至超过“盐包水”电解质的电化学稳定窗口。
(4)本发明以纯水、水溶性聚合物、有机电解质盐和氧化还原活性添加剂为原料，通过简单的混合得到具有高电化学稳定窗口的电解质。制备方法简单，原料来源广泛，适合工业推广应用。
(5)本发明对水溶性聚合物、有机电解质盐和氧化还原活性添加剂的用量进行限定，在本发明的优选范围内，所制备的高压活性水系电解质的电化学稳定窗口可扩宽至3.2V，室温离子电导率可维持在0.54mS cm-1。
(6)本发明制备的水系锌离子混合电容器的工作电压达到2.2V，质量比容量达到228.1mAh g-1，能量密度最高可达265.5Wh kg-1。
(7)本发明制备的水系锌离子混合电容器有效地解决了水系电化学储能器件电压工作窗口低和有机系储能器件的在应用时输出特性低的问题。在整个的工艺流程中，原料成本较低，对环境友好，制备操作简单。因此该技术发明可适用于商业化的大规模生产，具有极好的商业应用前景未来可适用于电子制造、交通运输、电力电网等领域。
附图说明
图1是按照本发明所构建的水系锌离子混合电容器的设计原理示意图；
图2是以实施例1-4所制得的样品为例，显示按照本发明制得的高压活性水系电解质通过线性扫描伏安法得到的析氢电位(HER)和析氧电位(OER)与聚乙二醇400质量分数的关系图；
图3是以实施例1-4所制得的样品为例，显示按照本发明制得的高压活性水系电解质的离子电导率与聚乙二醇400质量分数的关系图；
图4是以实施例3与对照例1所制得的样品为例，显示按照本发明所制得的高压活性水系电解质的线性扫描伏安曲线；
图5a和5b是以实施例3与对照例1所制得的样品为例，显示按照本发明所制得的高压活性水系电解质的归一化红外光谱图；
图6是以实施例3所制得的样品为例，显示按照本发明所制得的高压活性水系电解质的电化学交流阻抗谱图(奈奎斯特图)；
图7是以实施例3所制得的样品为例，显示按照本发明所制得的高压活性水系电解质的可燃性测试图；
图8是以实施例3所制得的样品为例，显示按照本发明所制得的水系锌离子混合电容器的循环伏安曲线；
图9是以实施例3所制得的样品为例，显示按照本发明所制得的水系锌离子混合电容器的恒流充放电曲线；
图10是以实施例3与对照例2所制得的样品为例，显示按照本发明所制得的水系锌离子混合电容器在2mV s-1的扫描速率下的循环伏安曲线；
图11是以实施例3与对照例2所制得的样品为例，显示按照本发明所制得的水系锌离子混合电容器在2Ag-1的电流密度下的循环伏安曲线；
图12是以实施例3所制得的样品为例，显示按照本发明所制得的水系锌离子混合电容器的能量密度与功率密度的关系图(拉贡图)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明所构建的水系锌离子混合电容器的原理示意图。如图1中所示，其制备过程主要包括下列步骤：
(1)共溶剂的制备：将水溶性聚合物和纯水混合并且在35～40℃下搅拌数分钟，形成均匀的共溶剂；
(2)高压水系电解质的制备：在共溶剂中加入有机电解质盐并且35～40℃下搅拌数分钟，使其能完全溶解，形成均匀和澄清的混合溶液；
(3)高压活性水系电解质的制备：在混合溶液中加入氧化还原活性添加剂并且35～40℃下搅拌数小时，使其能完全溶解，得到水系电解质。
(4)水系锌离子混合电容器的制备：将涂覆在金属集流体上的活性炭作为正极活性材料，锌箔作为负极材料，将正极活性材料、负极材料和水系电解质与隔膜组装成水系锌离子混合电容器。
进一步的，所述水溶性聚合物包括聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚丙二醇200、聚丙二醇400、聚丙二醇600中的一种或者多种。
进一步的，所述水溶性聚合物在共溶剂的质量分数为70～90％，进一步优选为70％、80％、85％、90％。
进一步的，所述有机电解质盐包括醋酸锌、三氟甲烷磺酸锌、双三氟甲磺酰亚胺锌、双氟磺酰亚胺锌中的一种或者多种。
进一步的，所述有机电解质盐在混合溶液中的质量摩尔浓度为1～3mol kg-1，进一步优选为1mol kg-1。
进一步的，所述氧化还原活性添加剂包括铁氰化钾、亚铁氰化钾、碘化钾、溴化钾、碘化锌、溴化锌、溴化钠、溴化锂中的一种或者多种。
进一步的，所述氧化还原活性添加剂在所述水系电解质中的质量摩尔浓度为0.1～1mol kg-1，进一步优选为0.5mol kg-1。
为了体现本发明的技术优点，额外设计了两组对照例。第一组对照例中水溶性聚合物与纯水的质量分数比例为0:100，即电解质中不添加水溶性聚合物，该对照组用于与实施例在高压活性水系电解质的电化学稳定窗口、电导率和结构等特性的比较。第二组对照例不添加任何氧化还原活性添加剂，该对照组用于与实施例在水系锌离子混合电容器的电化学性能的比较。
以下为具体实施例：
实施例1
取2.8g聚乙二醇400(PEG 400，液态，平均分子量为400)和1.2g超纯水进行混合，在35℃下磁力搅拌数分钟后形成均匀的共溶剂。将1.45g的三氟甲烷磺酸锌(Zn(CF3SO3)2，AR)添加到聚乙二醇-水(PEG-H2O)共溶剂中，在35℃下磁力搅拌数分钟后三氟甲烷磺酸锌完全溶解。在上述溶剂中加入450mg的溴化锌(ZnBr2，AR)，并在35℃下磁力搅拌数小时。当溴化锌完全溶解，溶液均匀并且澄清时，即可得到高压活性水系电解质。对本例制备的电解质记为1M Zn(CF3SO3)2-0.5M ZnBr2-70％PEG-30％H2O。
将本例制备的电解质滴加至玻璃纤维隔膜上，使其润湿。再按正极壳、垫片、活性炭正极片、隔膜、锌负极片、垫片、弹簧和负极壳的顺序组装成扣式水系锌离子混合电容器。
实施例2
取3.2g聚乙二醇400(PEG 400，液态，平均分子量为400)和0.8g超纯水进行混合，在35℃下磁力搅拌数分钟后形成均匀的共溶剂。将1.45g的三氟甲烷磺酸锌(Zn(CF3SO3)2，AR)添加到聚乙二醇-水(PEG-H2O)共溶剂中，在35℃下磁力搅拌数分钟后三氟甲烷磺酸锌完全溶解。在上述溶剂中加入450mg的溴化锌(ZnBr2，AR)，并在35℃下磁力搅拌数小时。当溴化锌完全溶解，溶液均匀并且澄清时，即可得到高压活性水系电解质。对本例制备的电解质记为1M Zn(CF3SO3)2-0.5M ZnBr2-80％PEG-20％H2O。
制备水系锌离子混合电容器与实施例1所述的方法相同。
实施例3
取3.4g聚乙二醇400(PEG 400，液态，平均分子量为400)和0.6g超纯水进行混合，在35℃下磁力搅拌数分钟后形成均匀的共溶剂。将1.45g的三氟甲烷磺酸锌(Zn(CF3SO3)2，AR)添加到聚乙二醇-水(PEG-H2O)共溶剂中，在35℃下磁力搅拌数分钟后三氟甲烷磺酸锌完全溶解。在上述溶剂中加入450mg的溴化锌(ZnBr2，AR)，并在35℃下磁力搅拌数小时。当溴化锌完全溶解，溶液均匀并且澄清时，即可得到高压活性水系电解质。对本例制备的电解质记为1M Zn(CF3SO3)2-0.5M ZnBr2-85％PEG-15％H2O。
制备水系锌离子混合电容器与实施例1所述的方法相同。
实施例4
取3.6g聚乙二醇400(PEG 400，液态，平均分子量为400)和0.4g超纯水进行混合，在35℃下磁力搅拌数分钟后形成均匀的共溶剂。将1.45g的三氟甲烷磺酸锌(Zn(CF3SO3)2，AR)添加到聚乙二醇-水(PEG-H2O)共溶剂中，在35℃下磁力搅拌数分钟后三氟甲烷磺酸锌完全溶解。在上述溶剂中加入450mg的溴化锌(ZnBr2，AR)，并在35℃下磁力搅拌数小时。当溴化锌完全溶解，溶液均匀并且澄清时，即可得到高压活性水系电解质。对本例制备的电解质记为1M Zn(CF3SO3)2-0.5M ZnBr2-90％PEG-10％H2O。
制备水系锌离子混合电容器与实施例1所述的方法相同。
对照例1
将1.45g的三氟甲烷磺酸锌(Zn(CF3SO3)2，AR)加入到4.0g的超纯水中，在35℃下磁力搅拌数分钟后三氟甲烷磺酸锌完全溶解。在上述溶剂中加入450mg的溴化锌(ZnBr2，AR)，并在35℃下磁力搅拌数小时。当溴化锌完全溶解，溶液均匀并且澄清时，即可得到活性水系电解质。对本例制备的电解质记为1M Zn(CF3SO3)2-0.5M ZnBr2-100％H2O。
制备水系锌离子混合电容器与实施例1所述的方法相同。
对照例2
取3.4g聚乙二醇400(PEG 400，液态，平均分子量为400)和0.6g超纯水进行混合，在35℃下磁力搅拌数分钟后形成均匀的共溶剂。将1.45g的三氟甲烷磺酸锌(Zn(CF3SO3)2，AR)加入到聚乙二醇-水(PEG-H2O)共溶剂中，在35℃下磁力搅拌数分钟后三氟甲烷磺酸锌完全溶解，即可得到高压水系电解质。对本例制备的电解质记为1M Zn(CF3SO3)2-85％PEG-15％H2O。
制备水系锌离子混合电容器与实施例1所述的方法相同。
下面以实施例1-4和对照例1所制备的高压活性水系电解质作为样品，对其进行电化学性能的测试。
本发明中表征电解质的电化学稳定窗口时采用两电极体系，厚度为20μm的钛箔作为工作电极，厚度为20μm的锌箔作为对电极和参比电极。将两片电极插入电解质中，使用线性扫描伏安法，以1mV s-1的扫描速度进行测试。
本发明中表征电解质的离子电导率时采用两电极体系。将含有两片铂电极的电导电极插入电解质中，使用交流阻抗谱测试，测试的频率范围为0.1～100000Hz。
本发明中表征水系锌离子混合电容器的电化学性能采用循环伏安法和恒流充放电法，测试的电压范围为0～2.2V。
图2为高压活性水系电解质通过线性扫描伏安法得到的析氢电位(HER)和析氧电位(OER)与聚乙二醇400质量分数的关系图。从图2中可以看出，在1mV s-1的扫描速率下，随着聚乙二醇400的质量分数增加，高压活性水系电解质的析氢电位降低，析氧电位升高。特别地，对于实施例3和实施例4所制得的样品，即当聚乙二醇400的质量分数高于85％时，其析氢电位在-0.1V以下，说明本发明制备的高压活性水系电解质能明显地抑制氢气的析出，有利于电化学稳定窗口的扩宽。
图3为高压活性水系电解质的离子电导率与聚乙二醇400质量分数的关系图。从图3中可以看出，随着聚乙二醇400的质量分数增加，高压活性水系电解质的离子电导率降低。当聚乙二醇400的质量分数大于80％时，电解质的离子电导率已经低于1.0mS cm-1。其原因是当聚乙二醇400的质量分数增加，单位体积的电解质中拥有的聚乙二醇分子链数量增多，电解质的黏度增大，使得电解质中的离子传导受到阻碍，其溶液电阻以及电荷转移电阻均增大。
对上述实施例1-4所制得的样品的电化学测试结果进行分析和优选后，下面以实施例3所制得的中间产物和最终产物作为样品，对其进行表征。
图4为实施例3与对照例1所制得的高压活性水系电解质的线性扫描伏安曲线。从图中可以看出，对照例1所制得的样品即1M Zn(CF3SO3)2-0.5M ZnBr2-100％H2O的电化学稳定窗口仅有2.0V，实施例3所制得的样品即1M Zn(CF3SO3)2-0.5M ZnBr2-85％PEG-15％H2O的电化学稳定窗口扩宽至3.2V。对照例1与实施例3所制得的样品的区别在于，对照例1所制得的样品中不含聚乙二醇400，属于纯水系电解质。因水的热力学窗口仅为1.23V，电解质的电化学稳定窗口比较窄。实施例3所制得的样品中含有质量分数为85％的聚乙二醇400，因水与聚乙二醇的相互作用，水氢键网格结构发生改变，水的活性降低，从而有效地抑制水的分解，尤其抑制析氢现象较为明显，所以其电化学稳定窗口高于纯水系电解质。
图5a和5b为实施例3与对照例1所制得的高压活性水系电解质的归一化红外光谱图。从图5a和5b中可以看出，实施例3所制得的样品在波数为1400～1500cm-1与2750～3000cm-1的范围内出现明显的峰，分别代表碳氢键(C-H)的弯曲与伸缩，表明实施例3所制得的样品中含有来源于聚乙二醇400的碳氢键(C-H)。在波数为1500～1750cm-1与3000～3600cm-1范围内出现的峰分别代表水分子中氢氧键(O-H)的弯曲与伸缩。实施例3与对照例1所制得的样品的区别在于，实施例3所制得的样品的氢氧键(O-H)弯曲与伸缩振动峰均向高波数方向的移动，原因是水与聚乙二醇的相互作用，水氢键网格结构从而发生改变，使得水中的H-O共价键强度增强。
图6为实施例3所制得的高压活性水系电解质的电化学交流阻抗谱图。从图中可以看出，由于聚乙二醇400的含量增加导致的电解质黏度增大和离子传输受到阻碍，其溶液电阻以及电荷转移电阻均比较大。通过计算得到，实施例3所制得的样品的离子电导率为0.54mS cm-1。
图7为实施例3所制得的高压活性水系电解质的可燃性测试图。玻璃纤维隔膜放在实施例3所制得的样品中浸泡24小时后，用明火点燃。从图中可以看出，电解质隔膜在明火中持续一段时间并没出现点燃的现象，表明以不易燃的聚乙二醇400和纯水混合为共溶剂的高压活性水系电解质具有阻燃性和安全性。
下面以实施例3所制备的水系锌离子混合电容器作为样品，对其进行电化学性能的测试。
图8为以实施例3所制得的高压活性水系电解质的循环伏安曲线。从图中可以看出，在1、2、4、5、8、10mV s-1的扫描速率下，出现一对强氧化还原峰与一对弱氧化还原峰，表明了锌离子混合电容器在0～2.2V的工作电压范围内主要有两个电化学反应过程。一对弱氧化还原峰代表的是锌盐中的三氟甲烷磺酸根离子(CF3SO3 -)在正极表面的吸附/脱附过程以及锌离子(Zn2+)的氧化还原反应，这一过程提供了双电层电容。强氧化还原峰反映了电解质中的溴离子(Br-)与三溴离子(Br3 -)之间的转化，这一过程提供了大量的法拉第赝电容，因此提高了锌离子混合电容器的比容量。
图9为以实施例3所制得的水系锌离子混合电容器的恒流充放电法曲线。从图中可以看出，由于溴离子的转化提供了法拉第赝电容，在充放电过程中均出现平台。在0.4、0.5、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0A g-1的电流密度下，计算得到水系锌离子混合电容器在0～2.2V的工作电压范围内的放电比容量分别为228.1、204.1、184.1、158.8、141.6、116.6、99.4、83.4、63.4mAh g-1,高于目前报道的大多数水系锌离子混合电容器。
图10为以实施例3与对照例2所制得的水系锌离子混合电容器在2mV s-1的扫描速率下的循环伏安曲线。从图中可以看出，基于实验例3所制得的样品的锌离子混合超级电容器拥有明显的氧化还原峰，且曲线面积大于基于对照例2所制得的锌离子混合电容器。对照例2与实施例3所制得的样品的区别在于，对照例2所制得的样品中不含溴化锌，因此在器件工作过程中并未涉及有关溴离子与三溴离子之间的转化。
图11为以实施例3与对照例2所制得的水系锌离子混合电容器在2A g-1的电流密度下的恒流充放电曲线。从图中可以看出，由于溴离子的转化提供了额外的法拉第赝电容，基于实施例3所制得的水系锌离子混合电容器与基于对照例2所制得的样品的相比，在充放电过程中出现一定的平台，放电比容量提高了75％。
图12为以实施例3所制得的水系锌离子混合电容器的能量密度与功率密度的关系图(拉贡图)。从图中可以看出，基于本发明的水系锌离子混合电容器在479.6W kg-1的功率密度下具有265.5Wh kg-1的最高能量密度，在54.6Wh kg-1的能量密度下具有2658.1W kg-1的最高功率密度。这一数值已高于目前报道的部分锂离子储能器件、镍氢电池、铅酸电池以及电化学超级电容器。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水系锌离子混合电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将水溶性聚合物与纯水混合均匀得到共溶剂，向所述共溶剂中加入有机电解质盐得到混合溶液；
S2：向所述混合溶液中加入氧化还原活性添加剂得到水系电解质；
S3：将所述水系电解质与活性炭正极、锌金属负极、隔膜进行组装，得到水系锌离子混合电容器。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性聚合物包括聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚丙二醇400中的一种或者多种。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性聚合物在共溶剂的质量分数为70～90％。
4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机电解质盐包括醋酸锌、三氟甲烷磺酸锌、双三氟甲磺酰亚胺锌、双氟磺酰亚胺锌中的一种或者多种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化还原活性添加剂包括铁氰化钾、亚铁氰化钾、碘化钾、溴化钾、碘化锌、溴化锌、溴化钠、溴化锂中的一种或者多种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化还原活性添加剂在所述水系电解质中的质量摩尔浓度为0.1～1mol kg-1。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机电解质盐在所述混合溶液中的质量摩尔浓度为1～3mol kg-1。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的水系锌离子混合电容器。
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| CN114242465B (zh) | 2023-02-10 |
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