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CN111540616A - 一种光增强效应透明超级电容器及其制备方法 - Google Patents

一种光增强效应透明超级电容器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光增强效应透明超级电容器的制备方法，以泡沫铜作为电极材料的基底，对基底进行反应得到氧化铜阵列为基底的铜掺杂镍氧化物，得到光增强效应透明超级电容器的电极材料；以泡沫镍作为对电极材料基体，以活性炭为活性材料进行均匀涂覆，作为光增强效应透明超级电容器对电极使用；采用钠离子电池隔膜作为超级电容器隔膜，氢氧化钾溶液作为超级电容器电极液，将电极材料、绝缘隔膜及对电极堆叠后装入透明封装材料内并注入适量的电解液后封装，获得光增强效应透明超级电容器。本发明采用具有光响应的超级电容器电极材料，制备得到了具有透明器件的超级电容器，使得在太阳光的照射下，提高其比电容并增强了其循环稳定性。

Description

一种光增强效应透明超级电容器及其制备方法
技术领域
本发明涉及超级电容器结构设计，特别是渉及一种光增强效应透明超级电容器及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，能够满足人们日常使用的具有长循环寿命及高功率能量密度的储能器件获得了重要的关注及研究，迅速的进入到人们的日常生活，广泛应用于电动自行车及电动汽车具等大中型电动设备方面。
超级电容器是兼有电池和电容的双重功能，能够瞬时大电流充放电、绿色环保、性能优异等特点获得了较为广泛的关注。但其电极材料成本较高、容量相对于二次电池要低，因此使得其在很多领域使用受到限制，对其应用有重要影响。因此制备具有高比电容的超级电容器将会对于未来的电子科技产品以及交通工具的发展，造成极大的推动。
为了提高超级电容器的储能性能，目前大部分的研究主要集中在超级电容器的电极材料上，通过提高电极材料的比表面积及电子电导率来增强超级电容器的比电容。虽然采用将高导电性材料与活性材料复合可以提高超级电容器的比电容，但是其造价过高且制备过程复杂不利于超级电容器材料的使用。
太阳光取之不尽，用之不竭，绿色无污染，因此对于太阳光的利用极为重要，所以需要制备得到一种具有光响应的超级电容器电极材料，在太阳光的照射下，通过提高充放电过程中的电流密度，增加了充放电时间，使得电容器比电容增加。因此，目前迫切需要研发出一种技术，其可以有效利用太阳光的照射提高超级电容器的充放电电流密度以及改善循环稳定性，实现超级电容器整体电化学性能的提高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种光增强效应透明超级电容器的制备方法，其可以在光照的条件下有效地提升了其在充放电下的电流密度，实现超级电容器比电容的提高以及循环稳定性的改善。
具体的技术方案为：
本发明提供了一种光增强效应透明超级电容器，通过以下制备方法制得，包括以下步骤：
以泡沫铜作为电极材料的基底，对基底进行反应得到氧化铜阵列为基底的铜掺杂镍氧化物，得到光增强效应透明超级电容器的电极材料；
以泡沫镍作为对电极材料基体，以活性炭为活性材料进行均匀涂覆，作为光增强效应透明超级电容器对电极使用；
采用钠离子电池隔膜作为超级电容器隔膜，氢氧化钾溶液作为超级电容器电极液，将电极材料、绝缘隔膜及对电极堆叠后装入透明封装材料内并注入适量的电解液后封装，获得光增强效应透明超级电容器。
其中，所述的电极材料的制备方法为，以泡沫铜为基底，先在基底上合成氢氧化铜纳米线阵列，再以其为模板包覆ZIF-8；随后通过水热法，以硝酸镍为镍源，在ZIF-8包覆的纳米线阵列上生长铜离子掺杂的氢氧化镍纳米片，最后煅烧获得以氧化铜阵列为基底的铜掺杂镍氧化物。该纳米复合多级结构电极材料的循环稳定性，倍率性能高，能够有效地增加于电解液的接触面积，暴露出更多的电化学活性位点，有利于其提高储能能力。表面含有铜元素的物相，如氧化铜、氧化亚铜等能够有效吸收太阳光。当外电路施加正偏压时，其光生电子和空穴有效分离，富集的空穴等价于正电荷，能够在充放电过程促进三价镍和二价镍氧化还原电子对的转变，从而实现光增强效应。
进一步的，所述的泡沫镍上面涂覆的活性材料，为活性炭与聚偏氟乙烯按照质量比9:1 配比混合，加入N-甲基吡咯烷酮均匀搅拌而成。
优选的，所述的超级电容器电极液为6mol/L的氢氧化钾溶液。
所述的透明封装材料为透明聚乙烯材质。采用透明封装材料的目的就是便于太阳光能透过并被光敏材料吸收以进电容器的电化学性能(比容量和循环稳定性)。
所述的超级电容器隔膜的预设宽度大于或等于电极材料和对电极的预设宽度。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种光增强效应透明超级电容器及其制备方法，采用一种具有光响应的超级电容器电极材料，制备得到了具有透明器件的超级电容器，使得在太阳光的照射下，提高其比电容并增强了其循环稳定性，适用于户外大规模储能充电装置。
附图说明
图1为本发明光增强效应透明超级电容器结构示意图；
图2为本发明光增强效应透明超级电容器结构示意剖面图；
图3为本发明光增强效应透明超级电容器在周期性光照条件下的光响应电流曲线；
图4为本发明光增强效应透明超级电容器在周期性光照条件下的循环稳定性曲线图。
图中：1、正极极耳；2、负极极耳；3、封装条；4、透明塑料壳体；5、电解液；6、电芯；7、正极极片；8、隔膜；9、负极极片；
具体实施方式
如图1-2所示，一种光增强效应透明超级电容器，其制备方法，包括以下步骤：
电极材料的制备方法为，以泡沫铜为基底，先在基底上合成氢氧化铜纳米线阵列，再以其为模板包覆ZIF-8；随后通过水热法，以硝酸镍为镍源，在ZIF-8包覆的纳米线阵列上生长铜离子掺杂的氢氧化镍纳米片，最后煅烧获得以氧化铜阵列为基底的铜掺杂镍氧化物。
以泡沫镍作为对电极材料基体，用活性材料进行均匀涂覆，作为光增强效应透明超级电容器对电极使用；所述的泡沫镍上面涂覆的活性材料，为活性炭与聚偏氟乙烯按照质量比9:1 配比混合，加入N-甲基吡咯烷酮均匀搅拌而成。
采用钠离子电池隔膜作为超级电容器隔膜，6mol/L的氢氧化钾溶液作为超级电容器电极液，将电极材料、绝缘隔膜及对电极堆叠后装入透明聚乙烯材质内并注入适量的电解液后封装，获得光增强效应透明超级电容器。
所述的超级电容器隔膜的预设宽度大于或等于电极材料和对电极的预设宽度。
为了方便本发明的上述技术方案，以下通过具体的使用方式上对本使用新型的技术方案进行详细的说明。
根据本发明所述的一种光增强方形壳体超级电容器，包括壳体4，壳体为透明聚乙烯材质，且壳体除封装一侧其余三侧面的侧边均被封装压实，防止在后续过程中电解液5泄露影响超级电容器及动力电池的正常使用。
壳体4上端被塑封机均匀的密封成封装条3，在实际工作中，可以防止外界气体进入超级电容器内；封装条3的左右两侧分别连接为正极极耳1和负极极耳2，正极极片7和正极极耳1及负极极片9和负极极片2均采用激光焊接连接，从而可以有效避免极耳及极片的脱落问题；正极极片7、负极极片9之间设有隔膜8，从而可以防止正极极片和负极极片短接后发生事故。
光增强超级电容器包括正极极片7和负极极片9，正极极片7和负极极片9均包括集流体和活性电极材料，集流体均为均匀多孔3D结构，可以加速电解液的流通；正极集流体本体及活性材料结合方式为原位生长，可以增大通过的电流，降低内阻，防集流板过热；且该光增强超级电容器在光照的条件下，当加以正偏压时，可以获得明显的光电流，且光电流方向流向阳极，说明正偏压可以促进光生空穴和电子对的分离，空穴具有强氧化性，可以明显增强材料在充电过程中的氧化反应，从而实现电容的增加。在周期性光照条件下的循环稳定性曲线图可以看出，材料在有光照条件下的电容明显要高于无光照条件下的电容值，且光增强效应具有明显的可逆性，增强幅度接近50％。
综上所述，本发明的超级电容器具有结构简单的优点，且超级电容器在光照条件下性能大幅度提高，对于超级电容器大规模的使用具有重要意义。

Claims (7)

1.一种光增强效应透明超级电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以泡沫铜作为电极材料的基底，对基底进行反应得到氧化铜阵列为基底的铜掺杂镍氧化物，得到光增强效应透明超级电容器的电极材料；
以泡沫镍作为对电极材料基体，以活性炭为活性材料进行均匀涂覆，作为光增强效应透明超级电容器对电极使用；
采用钠离子电池隔膜作为超级电容器隔膜，氢氧化钾溶液作为超级电容器电极液，将电极材料、绝缘隔膜及对电极堆叠后装入透明封装材料内并注入适量的电解液后封装，获得光增强效应透明超级电容器。
2.根据权利要求1所述的一种光增强效应透明超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的电极材料的制备方法为，以泡沫铜为基底，先在基底上合成氢氧化铜纳米线阵列，再以其为模板包覆ZIF-8；随后通过水热法，以硝酸镍为镍源，在ZIF-8包覆的纳米线阵列上生长铜离子掺杂的氢氧化镍纳米片，最后煅烧获得以氧化铜阵列为基底的铜掺杂镍氧化物。
3.根据权利要求1所述的一种光增强效应透明超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的泡沫镍上面涂覆的活性材料，为活性炭与聚偏氟乙烯按照质量比9:1配比混合，加入N-甲基吡咯烷酮均匀搅拌而成。
4.根据权利要求1所述的一种光增强效应透明超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的超级电容器电极液为6mol/L的氢氧化钾溶液。
5.根据权利要求1所述的一种光增强效应透明超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的透明封装材料为透明聚乙烯材质。
6.根据权利要求1所述的一种光增强效应透明超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的超级电容器隔膜的预设宽度大于或等于电极材料和对电极的预设宽度。
7.一种光增强效应透明超级电容器，其特征在于，由权利要求1-6任意一项所述的制备方法制得。
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