[发明专利]一种液流膺电容叠加的超级电容器

说明书

技术领域

本发明属于电池和电容器技术领域，尤其涉及双电层电容器的超级电容器，特别涉及通过液体电解质氧化反应提供膺电容叠加于炭双电层电容器的超级电容器。

背景技术

超级电容器是一种介于传统静电电容器和化学电池之间的一种新型储能器件，具有充电速度快、放电功率高及造价低廉等优点。以活性炭为电极的超级电容器，能量存储于双电层中的为双电层电容器；能量存储于以过渡金属氧化物或导电聚合物的法拉弟氧化还原反应的为膺电容器。

以过渡金属氧化物为电极的电容器，其能量存储有两种机理。一种是通过电极中活性组分化合价的变化，溶液中阳离子在材料表面吸附/脱附过程存储能量；另一种是通过金属氧化物的法拉弟反应，溶液中阳离子嵌入/脱出材料层状或隧道结构过程中存储能量。这两种过程中，电解质只提供吸附/脱附或嵌入/脱出过程的阳离子或阴离子。电解质本身由于阳离子和阴离子化合价态的稳定而并不发生氧化还原反应。

现有技术中只有单纯的炭-炭对称型电容器和金属氧化物及导电聚合物膺电容器。没有通过液流电解质氧化还原反应提供能量的膺电容器及将炭-炭双电层电容器与液流膺电容器相结合的电容器。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于电解液氧化还原反应提供膺电容的新型超级电容器，在炭-炭对称型电容器中可同时产生双电层电容和法拉弟膺电容，提高电容器的比容量和循环寿命。

本发明是这样实现的，一种液流膺电容叠加的超级电容器，包括炭正极、炭负极、隔膜和提供液流膺电容的电解质，其特征在于所述炭正极和炭负极的材料组分相同，材料组份包括：活性炭、导电剂和聚四氟乙烯粘接剂；所述隔膜为接枝聚丙烯纸，所述炭正极和炭负极由隔膜隔开，置于电解质中。

所述炭正极和炭负极各组分含量为：活性炭为80-85％，导电剂为10-15％，聚四氟乙烯粘接剂为5-10％。

所述导电剂是导电炭黑或乙炔黑。

所述电解质包括K₄Fe(CN)₆或K₃Fe(CN)₆溶液，溶液浓度为0.1～1.0mol/L。

所述电解质还包括含Mn³⁺/Mn²⁺、Co³⁺/Co²⁺、Ce⁴⁺/Ce³⁺、Fe³⁺/Fe²⁺等氧化还原电对或离子溶液中的一种。

本发明的基本原理是：由于K₄[Fe(CN)₆]是一种有效的电子转移试剂，它可通过Fe(CN)₆^4-转化为Fe(CN)₆^3-而参与氧化还原的反应。本发明就是在炭-炭对称型电容器中，加入K₄[Fe(CN)⁶]电解液，通过该电解液的氧化还原反应提供膺电容，并叠加于双电层电容。电子转移试剂不仅仅是K₄[Fe(CN)₆]，含Mn³⁺/Mn²⁺、Co³⁺/Co²⁺、Ce⁴⁺/Ce³⁺、Fe³⁺/Fe²⁺等氧化还原电对或离子的溶液都可作为本发明的电解质。

本发明的有益效果是：一方面通过炭-炭对称型电容器提供双电层电容，由于炭电极比表面较大且循环寿命长，因此可具有较大的双电层电容；另一方面通过具有氧化还原性质的电解质提供膺电容，电解质阴离子吸附于活性炭正极，发生氧化还原反应形成膺电容并叠加于双电层电容之上，从而提高了整个电容器的比容量和循环寿命，且价格低廉、安全环保。

附图说明

本发明共有附图二幅，其中

图1为活性炭对称型电容器在0.1M K₄Fe(CN)₆溶液中的循环伏安曲线(2mV·s^-1)

图2为活性炭对称型电容器在0.1M K₄Fe(CN)₆溶液中的恒流充放电曲线(250mA·g^-1)

具体实施实例

下面结合实例对本发明作进一步说明。

实施例1：