[发明专利]基于稻壳基活性炭材料的不对称型电化学超级电容器

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种稻壳基活性炭材料在不对称型电化学超级电容器中的应用，属于化学电源技术领域。

背景技术

电化学超级电容器是一种介于电池与传统电容器之间的储能元件，与二次电池相比，电化学超级电容器具有寿命长、功率密度高等特点，特别适用于需要大电流放电的场合，如电动汽车的启动，正受到人们的广泛关注。然而，超级电容器在商业化应用中还面临着诸多的问题，其能量密度和电池如锂离子电池、镍氢电池等相比较低。为了提高电化学超级电容器的能量密度，一个有效的途径是采用不对称型结构，即一极采用双电层储能原理的电极，另一极采用赝电容性或电池电极。采用不对称型结构一方面可以提高电化学电容器的工作电压，另一方面可以结合赝电容类或电池类电极的高容量，提高电化学超级电容器的能量密度。所以，不对称型电化学超级电容器可以更好地满足实际应用中负载对电源系统的能量密度和功率密度的整体要求。

在不对称型电化学超级电容器中，双电层储能原理的电极一般为炭电极，如活性炭、碳纤维、碳纳米管等。相比碳纤维、碳纳米管等其他类炭材料，活性炭材料因为其成本低、高比表面积等特点应用最广泛。公开文献（J.Electrochem.Soc.,2004,151(4):A614-A622）报道了一种不对称型电化学超级电容器，以二氧化锰为正极，以椰壳为原料制备的活性炭为负极；专利CN101286418A公开了一种二氧化锰电化学超级电容器，属于一种不对称型电化学超级电容器，负极采用大比表面积活性炭材料。

制备活性炭的原料有煤、木材、椰壳、果壳以及高分子材料等，稻壳基活性炭是一类以农业废弃物稻壳为原料，经过碳化、活化制备得到的活性炭材料，利用稻壳来制备活性炭材料的方法报道较多。专利98114553.1公布了一种以稻壳为原料制备高比表面积活性炭的方法，其比表面积可以超过3000m²/g。专利200910310025.0公布了一种以稻壳、秸秆为原料制备活性炭的方法，其制备的活性炭碘吸附值大于1000mg/g，亚甲基蓝吸附率大于135mg/g。专利201010586233.6也公布了一种以稻壳为原料制备高吸附性活性炭的方法。然而，这些由稻壳制备的活性炭在电化学超级电容器中的应用，特别是应用于不对称型电化学超级电容器并没有受到重视。这是由于稻壳制备的活性炭通常含有较多的SiO₂，使导电性下降，从而导致电化学超级电容器的等效电阻增大，亦即适合用于吸附材料的活性炭不一定就能用作电化学超级电容器电极材料。例如，公开文献“Performance of electrical double layer capacitors with porous carbons derived from rice husk”（Materials Chemistry and Physics80，2003，704-709.）以稻壳为原料，在不同制备条件下制备的活性炭的孔结构，并且以制备的稻壳基活性炭为电极，组成对称型电容器的结构，在3M KCl电解液中表征了其双电层电容性能，结果表明其工作电压范围窄，仅为0-0.6V，较窄的电压范围会大幅度降低电化学超级电容器的能量密度；公开文献“Nanoporous carbon derived from rice husk for electrochemical capacitor application”（Advanced Materials Research，239-242，pp2101-2106.）报道了一种由稻壳制备多孔炭的方法，用这种多孔炭组装成对称型电容器，测试结果表明其电容性能一般。

以稻壳为原料制备的活性炭，其原料来源更广泛，制备方法简单，我们的研究发现，稻壳基活性炭在水系和有机体系都具有良好的电容性能和稳定性，作为电极材料可应用于不同类型的不对称型电化学超级电容器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于稻壳基活性炭的不对称型电化学超级电容器，由正极、负极、隔膜、电解液、正极引线、负极引线和外壳组成。所述的不对称型电化学超级电容器的正极或负极含有稻壳基活性炭作为活性物质，含有稻壳基活性炭的一极为双电层储能原理的一极，另一极采用赝电容性电极或电池类电极，电解液为水系电解液或有机电解液。