[实用新型]基于一维金属/碳纳米管同轴异质结的超级电容

说明书

技术领域

本实用新型涉及纳米技术及能源存储领域，具体涉及一种基于一维金属/碳纳米管同轴异质结的超级电容。

背景技术

能源的储存是能源利用中的一个重要问题，超级电容的出现使电容器的极限容量骤然上升了3-4个数量级，达到了近1000F/g的大容量。它是一种介于电池与传统电容器之间的新型高功率储能器件，比电池具有更大的功率密度，比传统电容器具有更高的能量密度，且具有可瞬间释放超大电流，充放电效率高，循环寿命长等优点。因此，超级电容器在移动通信、信息技术、航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景。更高能量密度超级电容器的发展研究是实现其在这些领域应用的重要基础。

超级电容器的性能主要由电极的结构和电化学性能决定，所以对超级电容的研究相当一部分集中在电极材料方面。对于超级电容器，金属氧化物、导电聚合物和碳材料作为超级电容器的电极材料被广泛研究，其中金属氧化物有很好的性能表现但是价格昂贵，导电聚合物较便宜但循环使用性差，多孔的碳材料有很大的比表面积但是较低的电导性大大限制能量密度的提高。

碳纳米管满足理想电容器电极材料的所有要求，即结晶度高、导电性好、比表面大、微孔集中在一定范围内。尽管如此，以碳纳米管做电容器电极的研究实验并没有得到理想的结果，其中关键的问题就是碳纳米管电极与集流体间的连接阻抗太高而得不到高能量密度的电容器。为了解决该问题，Ajiayan课题组开发了金/碳纳米管沿长度方向的纳米异质结，发现可以得到极高能量存储密度的电容器(Shaijumon M. M., et al., Chem.Commun, 2008: 2373～2375)。但是，这种异质结只是金与碳纳米管之间点接触，如果改变金属与碳纳米管的接触方式，那么两者之间的连接阻抗仍具有进一步降低的可能性，从而能够得到更大的充放电电流密度，有效地缩短充放电时间。

由于填充有金属的碳纳米管具有良好的电性能和磁性能，并且金属也能被外层碳纳米管保护使之不易被外部环境所氧化，因而具有良好的应用前景。但目前还没有解决如何能够简单而有效地得到金属填充率高并且高度有序的碳纳米管阵列的问题，因而也没有将金属填充率极高并且高度有序的碳纳米管阵列用作超级电容器的应用报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于一维金属/碳纳米管同轴异质结的超级电容，克服了现有技术存在的缺陷，减小了因金属与碳纳米管之间接触不良或因为沿轴向形成的金属/碳纳米管异质结（金属/碳纳米管轴向异质结）中金属与碳纳米管之间由于只是点接触而导致较大的接触电阻的问题，能够增大金属与碳纳米管之间的接触面积，进一步降低金属与碳纳米管之间的接触电阻，从而获得更大的充放电电流密度，缩短充放电时间。

本实用新型采用以下技术方案：

一种基于一维金属/碳纳米管同轴异质结的超级电容，其中，包括银膜、金属纳米线、碳纳米管、隔离物和电解液层，所述碳纳米管和金属纳米线组成同轴异质结，在同轴异质结沉积有金属纳米线的一端设置银膜；两组带银膜的同轴异质结相对设置，有银膜一侧向外，两组带银膜的同轴异质结间设置隔离物；在所述两组带银膜的同轴异质结间填充电解液层。

进一步，所述隔离物为玻璃纤维纸或多孔绝缘薄膜。

进一步，所述每组同轴异质结含两个以上的同轴异质结。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型由于金属在碳纳米管中的填充，能够有效地降低金属与碳纳米管的不良接触，将金属/碳纳米管轴向异质结中金属与碳纳米管之间的点接触改变为面接触，从而有效地减少作为电容电极的碳纳米管与作为集电极的金属纳米线之间的接触阻抗，提高该碳纳米管超级电容器的充放电电流密度，缩短电容器充放电时间，提高能量存储密度。通过控制金属纳米线生长时间的长短可以控制电容电极与集电极之间的接触面积，调控两者之间的电阻，进而调控电容器充放电电流密度及充放电时间。同时，调节金属纳米线生长之后的模板扩孔时间（调节金属纳米线与模板之间的间隙的大小而调节碳纳米管的壁厚），可调节超级电容器的一系列电容特性参数。通过控制作为电极的没有填充金属的碳纳米管与填充了金属的金属/碳纳米管同轴异质结的比例，而改变超级电容器的电容特性。

实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明：