全固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種全固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器及其制備方法，所述電容器由正極、負(fù)極、隔膜、固態(tài)電解質(zhì)和集流體構(gòu)成，所述正極由氧化鎳納米片制成，負(fù)極由氧化鐵納米棒制成。所述電容器的制備方法步驟如下：一、利用沉淀法或水熱法制備氫氧化鎳和羥基氧化鐵，使其生長(zhǎng)在某種襯底上；二、再將長(zhǎng)在襯底上的氫氧化鎳和羥基氧化鎳煅燒，得到氧化鎳和氧化鐵；三、將氧化鎳和氧化鐵分別浸入到電解液中；四、最后將兩種材料用隔膜隔開，封裝，放入烘箱干燥。本發(fā)明專利技術(shù)合成工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約環(huán)保，價(jià)格低廉，產(chǎn)物形貌可控，在比電容、循環(huán)、能量密度和功率密度上也體現(xiàn)出了優(yōu)越的性能。

All solid state asymmetrical type super capacitor and preparation method thereof

The invention discloses a solid-state asymmetric super capacitor and preparation method thereof, wherein the capacitor comprises a negative electrode, a diaphragm, a solid electrolyte and fluid composition, the cathode by nickel oxide nano sheets, the cathode is made of iron oxide nanorods. Procedures of the preparation method of the capacitor are as follows: first, using the method or hydrothermal preparation of nickel hydroxide and iron hydroxide precipitation, the growth in a substrate; two, the long on the substrate of nickel hydroxide and nickel oxyhydroxide by calcination, nickel oxide and iron oxide; three, nickel oxide and iron oxide. Immersed in electrolyte; four, the two materials are separated by a diaphragm, packaging, oven drying. The invention has the advantages of simple synthetic process, environmental protection, low cost, controllable product appearance, superior performance in specific capacitance, cycle, energy density and power density.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
全固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器及其制備方法
本專利技術(shù)屬于材料
，涉及一種氧化鎳和氧化鐵分別作為正負(fù)極的超級(jí)電容器及其制備方法。
技術(shù)介紹
由于石油資源日趨短缺，并且燃燒石油的內(nèi)燃機(jī)尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重(尤其是在大、中城市)，人們都在研究替代內(nèi)燃機(jī)的新型能源裝置，已經(jīng)進(jìn)行混合動(dòng)力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應(yīng)用的研究與開發(fā)，取得了一定的成效。但是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學(xué)電池污染環(huán)境、系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)高昂等致命弱點(diǎn)，一直沒(méi)有很好的解決辦法。而超級(jí)電容器以其優(yōu)異的特性揚(yáng)長(zhǎng)避短，可以部分或全部替代傳統(tǒng)的化學(xué)電池用于車輛的牽引電源和啟動(dòng)能源，并且具有比傳統(tǒng)的化學(xué)電池更加廣泛的用途，正因?yàn)槿绱耍澜绺鲊?guó)(特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家)都不遺余力地對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行研究與開發(fā)。其中美國(guó)、日本和俄羅斯等國(guó)家不僅在研發(fā)生產(chǎn)上走在前面，而且還建立了專門的國(guó)家管理機(jī)構(gòu)(如：美國(guó)的USABC、日本的SUN、俄羅斯的REVA等)，制定國(guó)家發(fā)展計(jì)劃，由國(guó)家投入巨資和人力，積極推進(jìn)。就超級(jí)電容器技術(shù)水平而言，俄羅斯走在世界前面，其產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，并被第17屆國(guó)際電動(dòng)車年會(huì)(EVS—17)評(píng)為最先進(jìn)產(chǎn)品，日本、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家也在急起直追，各國(guó)推廣應(yīng)用超級(jí)電容器的領(lǐng)域已相當(dāng)廣泛。在我國(guó)推廣使用超級(jí)電容器，能夠減少石油消耗，減輕對(duì)石油進(jìn)口的依賴，有利于國(guó)家石油安全；有效地解決城市尾氣污染和鉛酸電池污染問(wèn)題；有利于解決戰(zhàn)車的低溫啟動(dòng)問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)主要有10余家企業(yè)在進(jìn)行超級(jí)電容器的研發(fā)。但是現(xiàn)有超級(jí)電容器不能滿足高能量密度的要求并且在材料選取上比較單一，多數(shù)都是碳-碳、金屬氧化物-碳、金屬氫氧化物-碳組成的器件。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種全固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器及其制備方法，合成工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約環(huán)保，價(jià)格低廉，產(chǎn)物形貌可控，在比電容、循環(huán)、能量密度和功率密度上也體現(xiàn)出了優(yōu)越的性能。本專利技術(shù)的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種全固態(tài)非對(duì)稱超級(jí)電容器，由正極、負(fù)極、隔膜、固態(tài)電解質(zhì)和集流體構(gòu)成，所述正極由氧化鎳納米片制成，負(fù)極由氧化鐵納米棒制成。一種上述全固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器的制備方法，包括以下步驟：一、利用沉淀法或水熱法制備氫氧化鎳和羥基氧化鐵，使其生長(zhǎng)在某種襯底上；二、再將長(zhǎng)在襯底上的氫氧化鎳和羥基氧化鎳在300～500℃下煅燒1～5h，得到氧化鎳和氧化鐵；三、將氧化鎳和氧化鐵分別浸入到已經(jīng)制備好的電解液中5～20min；四、最后將兩種材料用隔膜隔開，封裝，放入烘箱40～80℃干燥8～15h。上述制備方法中，所述的水熱法中所用鎳鹽為硝酸鎳和氯化鎳中的一種，鐵鹽為六水三氯化鐵和硫酸鐵的一種。上述制備方法中，所述的襯底為碳布和泡沫鎳中的一種或兩種。上述制備方法中，所述的電解液為聚乙烯醇、氯化鋰、氫氧化鋰、氫氧化鉀、氫氧化鈉中的一種或多種的混合物。上述制備方法中，所述隔膜為纖維素隔膜、聚丙烯膜、隔膜紙和高分子半透膜中的一種。本專利技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新穎的基于氧化鎳和氧化鐵分別作為正負(fù)極的全固態(tài)非對(duì)稱超級(jí)電容器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、具有較高的能量密度和功率密度，將其串聯(lián)后可以點(diǎn)亮藍(lán)色的LED燈泡，體現(xiàn)了較好的實(shí)用性，如果加以改進(jìn)和優(yōu)化，以后有望成為理想的儲(chǔ)能器件。2、選取的材料都是具有很好贗電容性能氧化物，充分打破了常規(guī)的組合形式。3、具有廉價(jià)，環(huán)保、可回收性。4、具有高的理論電容值和在堿性環(huán)境中很好的穩(wěn)定性。5、由于其具有很好的能量密度和功率密度等優(yōu)點(diǎn)。6、合成工藝和組裝工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約環(huán)保，價(jià)格低廉，有望成為未來(lái)理想的材料和器件在儲(chǔ)能上。7、從電化學(xué)測(cè)試中可以得出，單一的氧化鎳和氧化鐵都存在一個(gè)較高的電容，分別是1.3F·cm-2和502mF·cm-2，將其組裝成一個(gè)器件之后，仍然可以達(dá)到一個(gè)較高的電容，此外，這個(gè)器件再循環(huán)10000圈之后，其電容的保留效率仍可達(dá)到百分之八十以上，體現(xiàn)了優(yōu)越的循環(huán)壽命。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式本實(shí)施方式按照如下步驟制備上述全固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器：一、制備氧化鎳材料：稱取0.04mol硝酸鎳溶解在10mL的蒸餾水中，再將30mL的氨水逐滴加入到硝酸鎳中，再將已經(jīng)清洗干凈的泡沫鎳放入反應(yīng)釜中。把配好的溶液倒入反應(yīng)釜，在90℃下反應(yīng)10h，得到氫氧化鎳納米片。再將已經(jīng)制好的氫氧化鎳納米片在馬弗爐中300℃下煅燒4h，得到氧化鎳納米片。本實(shí)施方式制備的氧化鎳材料在以電流密度為4mA/cm2下，它的面積電容可高達(dá)1.3F·cm-2，在以12mA/cm2電流密度下充放電循環(huán)3000次后，容量保持率為85.2％。二：制備氧化鐵材料：稱取0.1mol的六水氯化鐵和0.1mol的硫酸鈉混合，攪拌30min。將混合溶液和碳布同時(shí)放置反應(yīng)釜，在120℃下反應(yīng)10h，得到羥基氧化鐵。再將羥基氧化鐵放到馬弗爐中在400℃煅燒3h，得到氧化鐵納米棒陣列。本實(shí)施方式制備的氧化鐵材料在以電流密度為4mA/cm2下，它的面積電容可高達(dá)502mF·cm-2，在以12mA/cm2電流密度下充放電循環(huán)3000次后，容量保持率為92.1％。三、制備器件：將氧化鎳和氧化鐵分別浸入到已經(jīng)制備好的聚乙烯醇/氫氧化鉀中10min；氫氧化鉀的濃度為2mol/L，之后將其拿出，氧化鐵做負(fù)極，氧化鎳做正極，中間用纖維素隔膜隔開。隔膜厚度在40μm封裝，放入烘箱80℃干燥10h。干燥之后取出，連接線串聯(lián)進(jìn)行點(diǎn)LED燈，對(duì)單個(gè)器件進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果是單個(gè)的器件具有很好的循環(huán)性能，在循環(huán)10000圈之后，容量保留率為85％。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種全固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器，由正極、負(fù)極、隔膜、固態(tài)電解質(zhì)和集流體構(gòu)成，其特征在于，所述正極由氧化鎳納米片制成，負(fù)極由氧化鐵納米棒制成。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種全固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器，由正極、負(fù)極、隔膜、固態(tài)電解質(zhì)和集流體構(gòu)成，其特征在于，所述正極由氧化鎳納米片制成，負(fù)極由氧化鐵納米棒制成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器，其特征在于，所述隔膜為纖維素隔膜、聚丙烯膜、隔膜紙和高分子半透膜中的一種。3.一種權(quán)利要求1所述全固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述制備方法步驟如下：一、利用沉淀法或水熱法制備氫氧化鎳和羥基氧化鐵，使其生長(zhǎng)在某種襯底上；二、再將長(zhǎng)在襯底上的氫氧化鎳和羥基氧化鎳在300～500℃下煅燒1～5h，得到氧化鎳和氧化鐵；三、將氧化鎳和氧化鐵分別浸入到電解液中5～20min；四、最后將兩種材料用隔膜...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李春花，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：青島祥智電子技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東,37