[发明专利]结构功能一体化超级电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及结构功能一体化超级电容器及其制备方法，该超级电容器包括固态电解质以及设置在固态电解质两侧的碳纤维复合电极。将碳纤维或其编织材料与碳基电极材料复合，形成高导电三维网络，同时用导电聚合物进行修饰，得到碳纤维复合电极，将所得的碳纤维复合电极组装在固态电解质的两侧，得到超级电容器。与现有技术相比，本发明具有抗拉伸强度大、导电性能提升，比表面积增大，比电容量提升，避免漏液等优点。

技术领域

本发明涉及电容器，尤其是涉及一种结构功能一体化超级电容器及其制备方法。

背景技术

在众多种类的储能设备中，超级电容器(又称为电化学电容器)是一种新型的电荷储备器件，与一般电池相比具有功率密度大、支持大电流充放电、循环寿命长、环保无污染和温度特性好的优点，而且在充放电过程中不涉及化学反应，其电极材料不会受到破坏；较普通的电容相比具有与容量大等优点。因此，超级电容器在新能源、交通运输、和工业领域有着广阔的应用前景，适用于电动大巴、汽车启动、风力发电和电力系统电网改造等领域。

近年来，随着人们对储能设备依赖程度的增加，单一功能的储能设备已经无法满足人们日益增长的需求。研究的新方向聚焦在了多功能储能系统上，中国专利CN106941179A公开了一种石墨烯聚苯胺修饰碳布电极材料的制备方法，该碳布电极材料用来做为生物电化学系统反应器中的阳极，虽然加快了生物阳极驯化，但是在该材料并未致密化，不具有结构以及承受载荷方面没有进一步的探究性能。

中国专利CN106997808A公开了一种基于石墨烯/硅铝质胶凝材料的超级电容器。其采用硅铝质胶凝材料作为隔层，虽然有一定的抗压强度，但是抗拉强度较低，以及比电容量方面都不太理想也不是合适的结构材料。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种抗拉伸强度大、导电性能提升，比表面积增大，比电容量提升，避免漏液的结构功能一体化超级电容器及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种结构功能一体化超级电容器，其特征在于，该超级电容器包括固态电解质以及设置在固态电解质两侧的碳纤维复合电极。

所述的固态电解质采用聚环氧乙烷基(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯基(PMMA)、聚偏氟乙烯基(PAN)、聚氯乙烯基(PVC)聚合物电解质的一种或多种。

所述的固态电解质为厚度在0.8～1mm的薄膜。

所述的碳纤维复合电极为碳纤维或与其它材料的混合。

所述的碳纤维复合电极为碳纤维或其编织材料与碳基电极材料且与导电高分子复合，具体复合方法是先把导电高分子与碳基电极材料的进行复合，之后得到的总修饰物均匀涂抹于碳纤维材料上。如苯胺单体在石墨烯水分散液里面进行聚合。然后进行涂抹，形成的高导电三维网络。碳基电极材料与导电高分子材料先进行复合后形成的总修饰物在碳纤维或其编织材料上单面的负载量为5mg.cm^-2。

所述的碳基电极材料为石墨烯或碳纳米管中的一种或多种。

碳基电极材料与导电高分子进行复合，目的提高电极的比表面积，增强复合电极的比电容量。碳基电极材料与导电高分子先进行复合得到总的电极修饰物材料的方法：将石墨烯或碳纳米管的水分散液溶质与导电高分子单体按质量比为5-100:1 在盐酸溶液中超声分散，然后与过硫酸铵的盐酸溶液在0-5℃反应10h，室温下搅拌8h，抽滤后，冷冻干燥1d得到碳基电极材料与导电高分子材料复合后形成的电极总修饰物。其中过硫酸铵与导电高分子单体摩尔比为1-2:1，盐酸溶液的浓度为 1mol/L。

碳纤维或其编织材料与碳基电极材料/导电高分子复合方法如下：碳基电极材料与导电高分子先进行复合后得到的总修饰物与PVDF按照10：1的质量比仔细研磨，滴入适量的N-甲基吡咯烷酮混合成膏状，用小刷子均匀涂抹于碳纤维或其编织材料两面。