[发明专利]一种掺铈聚苯胺/活性炭混合型钮扣超级电容器

说明书

本发明公开了一种掺铈聚苯胺/活性炭混合型钮扣超级电容器；该电容器包括电容器外壳、正极片、负极片、隔膜和电解液，正极片由含表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球活性物质的正极材料制成，负极片由含活性炭活性物质的负极材料制成；组装得到的掺铈聚苯胺/活性炭混合型钮扣超级电容器比容量大、交流阻抗小以及漏电流密度较小。

技术领域

本发明涉及一种掺铈聚苯胺/活性炭混合型钮扣超级电容器，特别涉及一种以表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球为正极活性物质的钮扣超级电容器，属于化学电容器领域。

背景技术

能源危机和环境保护逐渐成为21世纪的两大难题。为缓解日益严峻的能源危机和由此产生的一系列环境问题，世界各国都在积极开展新能源产业。风能、太阳能以及潮汐能等可再生能源受到很大关注。但是这些能源往往受到外部条件(例如气象、气候、地域)的影响而呈现不稳定性和不连续性。要解决这一问题就需要发展相关配套的高效储能装置来实现能量的高效储存与释放。因此，开发高效电能储存装置是解决目前能源危机和环境保护进程中面临的一大挑战。

超级电容器(又称为电化学超级电容器)是一种介于电池和传统电容器的新型储能装置。与电池和传统电容器相比，它不仅具有高功率密度、充放循环寿命长、循环效率高、充电时间短、可靠性高等优点，还表现出对环境友好特点，在备用电源、太阳能电源、新能源汽车、信息技术、日常电子产品、航空航天以及国防科技等领域表现出广泛的应用前景。

电极材料的技术突破是驱动超级电容器行业发展的关键因素。目前，常用的电极材料主要有各种形态的碳材料、导电聚合物材料、金属氧化物等。其中，活性炭电极材料在水系电解液中存在比电容小，能量密度低等缺陷。导电聚合物材料，尤其是导电聚苯胺在酸性电解液中可以实现掺杂和脱掺杂反应，表现出较高的比容量和能量密度。但是聚苯胺电极材料在充放电过程中循环稳定性较差，组装成的对称性电容器的比容量衰减较为严重。因此，开发电容性能和能量密度更大、循环性能更稳定的超级电容器具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有的活性炭电极材料存在比容量较小、能量密度较低以及对称性聚苯胺电容器在循环过程中容量衰减严重等不足，本发明的目的是在于提供一种比容量大、交流阻抗小和电压维持能力稳定性好的掺铈聚苯胺/活性炭混合型钮扣超级电容器。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种掺铈聚苯胺/活性炭混合型钮扣超级电容器，该钮扣超级电容器包括电容器外壳、正极片、负极片、隔膜和电解液，所述的正极片由包含表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球活性物质在内的正极材料制成。

优选的方案，掺铈聚苯胺/活性炭混合型钮扣超级电容器中正极片的正极材料由以下质量份组分组成：

表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球70～80份；

乙炔黑10～20份；

固含量为55～65％的聚四氟乙烯乳液5～15份。

最优选的方案，掺铈聚苯胺/活性炭混合型钮扣超级电容器中正极片的正极材料由以下质量份组分组成：表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球75份；乙炔黑15份；固含量为60％的聚四氟乙烯乳液10份。

较优选的方案，掺铈聚苯胺/活性炭混合型钮扣超级电容器中，表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球的外径为340～420nm，内径为220～260nm，电导率为8.95～47.46S/cm。

较优选的方案，表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中三价铈离子的质量百分比含量为5～30％。

进一步优选的方案，表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球通过如下方法制备得到：将苯胺在含聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)的溶液中通过自组装法制备聚苯胺中空微球，聚苯胺中空微球在硝酸铈(Ⅲ)溶液中搅拌掺杂后，即得表面掺杂有三价铈离子的聚苯胺中空微球。