CN204946728U - 一种钠离子混合超级电容器 - Google Patents
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Abstract
一种钠离子混合超级电容器，其特征是：包括外壳、正极集流体、NASICON正极材料层、电解液、隔膜、石墨烯负极材料层、乙炔黑导电层、负极集流体，所述正极集流体和负极集流体包裹于外壳内对称两侧，所述正极集流体内侧涂覆NASICON正极材料层，所述负极集流体内侧依次涂覆乙炔黑导电层和石墨烯负极材料层，所述NASICON正极材料层和石墨烯负极材料层之间填充有电解液并通过所述的隔膜分隔。本实用新型通过正极钠离子脱嵌反应与负极双电层电容原理，实现电荷快速、高效储存和释放，并能显著提高混合超级电容器的工作电压和储能容量。
Description
技术领域
本实用新型属于化学电源技术领域，尤其涉及一种钠离子混合超级电容器。
背景技术
传统不可再生能源随着全球经济社会的发展而变得的日益短缺，化石燃料的大量消耗也已经引发了严重的生态环境污染，从而大大推动了清洁可再生能源技术的开发展。作为性能优异的储能器件，二次电池和超级电容器已经成为了研究重点。其中超级电容器由于可以进行快速充放电，循环寿命长，已在新能源汽车中进行了广泛使用。超级电容器又称为黄金电容、法拉电容，通过极化电解质在电极表面形成对峙电荷的双电层来储能。由于其储能的过程不发生化学反应，因此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器一般使用活性碳电极材料，具有比表面积大，静电储存多等特点，但其工作电压低，储能密度仍与电池具有很大差距。
混合超级电容器可以认为是一种介于超级电容器和电池之间的新型的储能元件，其中一极应用活性炭，另外一极应用具有离子脱嵌特性的电极材料，通过结合离子脱嵌反应和双电层原理进行储能，具有比超级电容器更高的比容量和比以及比电池更高的功率密度，是动力电源的最佳选择之一。目前，混合超级电容器一般使用水系电解液，具有安全性能好，低碳环保等特点，但其工作电压区间较小，致使其储能密度仍然很难得到明显的提升。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种全固态钠离子电池，从而解决上述背景技术中的问题。
本实用新型内容是通过以下技术方案实现的：一种钠离子混合超级电容器，其特征是：包括外壳、正极集流体、NASICON正极材料层、电解液、隔膜、石墨烯负极材料层、乙炔黑导电层、负极集流体，所述正极集流体和负极集流体包裹于外壳内对称两侧，所述正极集流体内侧涂覆NASICON正极材料层，所述负极集流体内侧依次涂覆乙炔黑导电层和石墨烯负极材料层，所述NASICON正极材料层和石墨烯负极材料层之间填充有电解液并通过所述的隔膜分离。
所述的NASICON正极材料层为钠离子超导体型（NASICON）Na3V2(PO4)3和Na3V2(PO4)2F3中的一种。
所述的乙炔黑导电层由乙炔黑和粘结剂按质量比100：（1~20）组成。
所述的石墨烯负极材料层由石墨烯和粘结剂按质量比100：（1~10）组成。
所述的电解液为钠盐电解质的有机溶剂体系。
所述的正极集流体为铝箔。
所述的负极集流体为铜箔。
本实用新型有如下有益效果。
本实用新型设计的钠离子混合超级电容器，使用具有钠离子超导体结构的富钠离子聚阴离子体材料Na3V2(PO4)3和Na3V2(PO4)2F3作正极，可通过其三维离子通道结构改善离子脱嵌可逆性和离子迁移速率，利用离子脱嵌的化学反应能在大电流充放过程中产生高的比容量和电压平台。乙炔黑导电层可将石墨烯附着在导电材料表面，提高石墨烯表面电荷传输速率，提升双电层电容储能效率。钠盐有机电解液也增大了混合超级电容器的电压区间，使其储能密度得到很大提升。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图1中所示：1、正极集流体；2、NASICON正极材料层；3、电解液；4、隔膜；5、外壳；6、石墨烯负极材料层；7、乙炔黑导电层；8、负极集流体。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
如图1所示，一种钠离子混合超级电容器，其特征是：包括外壳（5）、正极集流体（1）、NASICON正极材料层（2）、电解液（3）、隔膜（4）、石墨烯负极材料层（6）、乙炔黑导电层（7）、负极集流体（8），所述正极集流体（1）和负极集流体（8）包裹于外壳（5）内对称两侧，所述正极集流体（1）内侧涂覆NASICON正极材料层（2），所述负极集流体（8）内侧依次涂覆乙炔黑导电层（7）和石墨烯负极材料层（6），所述NASICON正极材料层（2）和石墨烯负极材料层（6）之间填充有电解液（3）并通过所述的隔膜（4）分离。
所述的NASICON正极材料层（2）为钠离子超导体型（NASICON）Na3V2(PO4)3和Na3V2(PO4)2F3中的一种。
所述的乙炔黑导电层（7）由乙炔黑和粘结剂按质量比100：（1~20）组成。
所述的石墨烯负极材料层（6）由石墨烯和粘结剂按质量比100：（1~10）组成。
所述的电解液（3）为钠盐电解质的有机溶剂体系。
所述的正极集流体（1）为铝箔。
所述的负极集流体（8）为铜箔。
本实用新型利用具有钠离子超导体结构的Na3V2(PO4)3和Na3V2(PO4)2F3材料作正极，在超级电容器快速充放电过程中，可通过其三维离子通道结构改善离子脱嵌可逆性和离子迁移速率，并能够通过钠离子的脱嵌反应在大电流充放过程中保持较高的比容量和电压平台，在满足快速充放电反应的同时，还能够通过可逆的化学反应进行大容量储能。乙炔黑与粘结剂按照100：（1~20）质量比混合而成的导电层，在负极集流体与导电层之间和导电层与石墨烯负极材料层之间不仅能够提供较强的粘着力，同时还能大大提高界面电导率，降低界面接触电阻。导电材料乙炔黑表面丰富的含氧官能团可将石墨烯附着在乙炔黑表面，为石墨烯负极材料表面电荷传输提供多维度的传导方向，有效改善石墨烯在大电流充放时二维方向电荷传输的限制，提高电荷转移速率，降低在大电流下的电荷损失。同时，由于石墨烯具有超大的理论比表面积（2630m2/g），石墨烯与电解液形成的双电层比电容也远大于其他碳材料。石墨烯与粘结剂按照100：（1~10）质量比混合而成的负极材料层，可使石墨烯材料之间通过粘结剂进行有效良好的接触，并能保持石墨烯结构特性，避免粘结剂过多造成石墨烯电化学容量损失和电导率降低问题。钠盐电解质的有机溶剂体系具有较高的分解电压，因此钠离子有机电解液能够增大混合超级电容器的工作电压区间。NASICON正极的钠离子脱嵌反应和石墨烯负极双电层可使混合超级电容器储能容量得到很大提升，其储能密度也会因较高的电压区间而得到进一步提升。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种钠离子混合超级电容器，其特征是：包括外壳、正极集流体、NASICON正极材料层、电解液、隔膜、石墨烯负极材料层、乙炔黑导电层、负极集流体，所述正极集流体和负极集流体包裹于外壳内对称两侧，所述正极集流体内侧涂覆NASICON正极材料层，所述负极集流体内侧依次涂覆乙炔黑导电层和石墨烯负极材料层，所述NASICON正极材料层和石墨烯负极材料层之间填充有电解液并通过所述的隔膜分离。
2.根据权利要求1所述的一种钠离子混合超级电容器，其特征是：所述的NASICON正极材料层为钠离子超导体型（NASICON）Na3V2(PO4)3和Na3V2(PO4)2F3中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种钠离子混合超级电容器，其特征是：所述的乙炔黑导电层由乙炔黑和粘结剂按质量比100：（1~20）组成。
4.根据权利要求1所述的一种钠离子混合超级电容器，其特征是：所述的石墨烯负极材料层由石墨烯和粘结剂按质量比100：（1~10）组成。
5.根据权利要求1所述的一种钠离子混合超级电容器，其特征是：所述的电解液为钠盐电解质的有机溶剂体系。
6.根据权利要求1所述的一种钠离子混合超级电容器，其特征是：所述的正极集流体为铝箔。
7.根据权利要求1所述的一种钠离子混合超级电容器，其特征是：所述的负极集流体为铜箔。
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|---|---|---|---|---|
| CN106783193A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-05-31 | 上海奥威科技开发有限公司 | 石墨烯基钠离子超级电容器及其制备方法 |
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