[发明专利]一种增强型石墨烯基超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增强型石墨烯基超级电容器及其制备方法，具体公开了一种氧化还原有机电解液组装的石墨烯基超级电容器及其制备方法，所述超级电容器包含氧化还原有机电解液和石墨烯基电极；其中，所述氧化还原有机电解液包含支持电解质、苯胺类氧化还原介质及溶剂。采用本发明的高性能石墨烯制备的电极，与所述苯胺类氧化还原介质之间的匹配性极佳，有效避免了现有的活性炭材料存在的放电压降大、电容密度增加不明显的问题，以简单易行的技术方案提高了碳基超级电容器的电容密度，进而获得一种高能量密度的超级电容器。

技术领域

本发明属于储电器件技术领域，具体涉及一种增强型石墨烯基超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器作为一类新型的电化学储能装置，具有功率密度高、循环寿命长、充放电速度快和安全环保等优点，在能源、通讯、电子电力、国防等领域都有着十分广阔的应用前景。超级电容器用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源，可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车。但是，它与二次电池相比，能量密度低，还不能满足在高能量密度的动力系统(包括后备电源和电动机车等)储电领域的应用。由于能量密度与工作电压的平方和电容密度均成正比，因此，提高超级电容器的电容密度和工作电压是解决其能量密度低的主要途径。有机电解液的工作电压比水系电解液高几倍，因此有机电解液组装的超级电容器的能量密度显著高于水系电解液组装的超级电容器，但是在有机电解液中电容量密度却仅有水系电解液的一半左右，进而限制了超级电容器能量密度的提高。采取具有高法拉第准电容的氧化还原电解质体系则可通过简单的工艺利用电解质提供的赝电容大幅度提高超级电容器的电容量密度，也是解决器件能量密度低问题的重要途径之一。发明专利(CN 102360953A)，涉及一种氧化还原活性电解质的制备方法，虽然采用芳香胺作为有机电解质中赝电容活性成分，能将超级电容器的电极在有机电解液中的比电容提高至100F g^-1，但该超级电容器采用的是活性炭电极，由于活性炭电极材料与有机电解液中的赝电容活性成分芳香胺之间匹配不佳，存在放电压降大、整个超级电容器的电容密度提高不明显等问题。因此，继续制备开发与所述氧化还原活性成分匹配性优异的电极材料，同时结合赝电容活性电解质进一步提高碳基超级电容器的电容密度和能量密度，对拓宽碳基超级电容器的应用性能仍有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有高电容密度、高能量密度的氧化还原有机电解液组装的石墨烯基超级电容器，该超级电容器采用水热还原或化学还原制备的高性能石墨烯水凝胶作为电极材料，且在有机电解液中引入苯胺类化合物。研究发现，采用本发明的高性能石墨烯水凝胶制备的电极，与所述苯胺类化合物之间的匹配性极佳，有效避免了现有的活性炭材料存在的放电压降大、电容密度增加不明显的问题，以简单易行的技术方案提高了碳基超级电容器的电容密度，进而获得一种高能量密度的超级电容器。

本发明还提供了一种所述超级电容器的制备方法，该方法以水热还原或化学还原制备的高性能石墨烯水凝胶作为电极材料，用氧化还原有机电解液组装成所述超级电容器，该超级电容器有良好的电容表现，在此基础上充分结合氧化还原有机电解液的赝电容贡献可以大幅度提高碳基超级电容器的电容性能。

本发明的技术方案如下：

一种超级电容器，所述超级电容器包含石墨烯基电极和有机电解液；其中，所述有机电解液包含支持电解质、苯胺类化合物及溶剂。

其中，所述石墨烯基电极上修饰有苯胺类化合物。

其中，所述石墨烯基电极由石墨烯水凝胶与导电集流体压合制得。

其中，石墨烯水凝胶的BET比表面积为200-500m²g^-1，优选为200-300m²g^-1，例如为258m²g^-1。