一種基于多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒的超級電容器制造技術

本發明專利技術公開了一種基于多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒的超級電容器，包括引線、電荷收集器、正極材料、隔膜和負極材料；正極材料和負極材料中至少有一個為多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料；制備時，先采用陶瓷法制備鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料；將制備的鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料加入球磨罐中，再加入造孔劑，加入溶劑，球磨后烘干，成型后的坯體在900～1100℃煅燒4～15h，制得多孔鈷酸鍶鑭基底；通過浸漬AgNO

A supercapacitor based on porous strontium lanthanum base supported silver nanoparticles

The invention discloses a super capacitor porous cobalt strontium lanthanum based substrate supported silver nanoparticles, including lead, charge collector, cathode material, diaphragm and cathode material; at least one porous cobalt strontium lanthanum base supported silver nanoparticles composed of the electrode material of cathode and anode materials; during the preparation, prepare lanthanum strontium cobaltite ceramic powder materials by ceramic method; add milling tank in the preparation of cobalt strontium lanthanum oxide ceramic powder material, adding pore forming agent, adding solvent, drying after milling, forming at 900 to 1100 DEG C after calcination was 4 ~ 15h porous cobalt strontium lanthanum impregnated by AgNO substrate;

【技術實現步驟摘要】
一種基于多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒的超級電容器
本專利技術涉及超級電容器
，特別是涉及一種基于多孔鈷酸鍶鑭擔載銀納米顆粒為電極的高性能超級電容器。
技術介紹
當今，隨著生活水平的提高、經濟的快速發展以及環境污染的日益嚴重，人們對于儲能設備的需求越來越迫切。在眾多的儲能設備中，具有功率密度高、使用壽命長、充放電速度快、安全性好等優點的超級電容器備受矚目。根據儲能原理，超級電容器可以分為三類：雙電層電容器、贗電容電容器以及非對稱電容器(也稱之為混合電容器)。雙電層電容器是通過電極與電解質溶液界面間形成的雙電層存儲能量，這類電容器具有較寬的電勢窗口和較好的循環性能；贗電容電容器主要是通過電極表面或者近表面發生快速的氧化還原存儲能量，這類電容器具有較高的比電容；非對稱電容器則是通過一個電極發生氧化還原反應，而另外一個電極形成雙電層存儲能量，結合了上述兩種電容器的優點。然而，超級電容器相比于電池，其能量密度偏低，所以為了擴大其應用范圍，提高其能量密度是關鍵所在。超級電容器的組成主要包括電極材料、電解質、隔膜、電荷收集器。其中，電極材料對超級電容器的儲能性質起到決定作用，因此設計具有優異電化學性能的電極材料具有非常重要的意義。用作超級電容器的電極材料主要分為三類：碳材料(如活性炭、石墨烯、碳納米管)、過渡金屬氧化物(如氧化錳、氧化鎳、氧化鈷)以及導電聚合物(如聚吡咯)。傳統的過渡金屬氧化物因其可逆的氧化還原反應、低廉的成本以及綠色無污染等特點成為了研究的熱點。例如，Huang等將氧化鎳(NiO)擔載在鎳網上(NiO的擔載量為2.52mgcm‐2)，該電極材料在2.52mAcm‐2的電流密度下得到了1.70Fcm‐2的比電容(M.Huang,F.Li,J.Y.Ji,etal.Facilesynthesisofsingle‐crystallineNiOnanosheetarraysonNifoamforhigh‐performancesupercapacitors,CrystEngComm16(2014)2878‐2884)；Hu等將鋁摻雜二氧化錳(Al‐doped‐MnO2)擔載在平面玻璃上(MnO2的擔載量為4.0mgcm‐2)，該電極材料在0.4mAcm‐2的電流密度下得到了0.85Fcm‐2的比電容(Z.M.Hu,X.Xiao,C.Chen,etal.Al‐dopedα‐MnO2forhighmass‐loadingpseudocapacitorwithexcellentcyclingstability,NanoEnergy11(2015)226‐234)。但是這類電極材料導電性較差并且需要使用有機粘結劑，產生死體積，使活性物質不能充分利用，從而限制了其在實際中的應用。因此，需要研究和開發導電性好、無粘結劑的新型電極材料。現有技術也有向電極材料添加導電性較好的試劑；例如加入石墨烯、金、銀等。其中銀因具有導電率高、價格相對低廉而受到研究者的青睞，特別是，銀在跟一些基底材料相互作用后，自身也有很好的超電性能。例如，Xia等將銀和二氧化錳復合得到銀/二氧化錳(Ag/MnO2)電極，在相同的掃描速率(10mVs‐1)下，單獨的MnO2面積容量為0.39Fcm‐2，加入Ag后，復合電極Ag/MnO2的面積容量增加到0.87Fcm‐2(H.Xia,C.Y.Hong,X.Q.Shi,etal.HierarchicalheterostructuresofAgnanoparticlesdecoratedMnO2nanowiresaspromisingelectrodesforsupercapacitors.JournalofMaterialChemistryA3(2015)1216‐1221)。他們采用Ag薄片和高錳酸鉀(KMnO4)為原料，利用濃硫酸進行滴定，經過長時間的攪拌(24h)和復雜的清洗過程，得到Ag/MnO2；再將Ag/MnO2與炭黑(導電劑)、聚偏氟乙烯(粘結劑)按照質量比8:1:1混合形成漿料，涂布在鈦網上形成工作電極。該技術Ag的擔載量小于3mgcm‐2，并且使用了導電炭黑以及粘結劑，使得活性物質Ag/MnO2不能夠充分發生氧化還原反應，降低了反應效率。現有的超級電容器電極的活性物質方式基本上跟上述技術類似，基底采用金屬片、金屬網或碳紙。貴金屬基底成本高，其他金屬存在易腐蝕的問題，而碳紙跟絕大多數超級電容器活性物質的浸潤性不好，限制了活性物質的擔載量。這些問題嚴重地影響了超級電容器的廣泛應用。
技術實現思路
本專利技術目的在于針對已有的超級電容器技術存在的問題，提供一種銀的擔載量達10mgcm‐2以上，銀納米顆粒直接擔載在鈷酸鍶鑭多孔基底的表面和孔壁上，無需使用其他導電劑和粘結劑的基于多孔鈷酸鍶鑭擔載銀納米顆粒的超級電容器；其超級電容器比電容和能量密度分別可達0.64Fcm‐2和1.60mWhcm‐3以上。本專利技術目的通過如下技術方案實現：一種基于多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒的超級電容器，包括引線、電荷收集器、正極材料、隔膜和負極材料；在隔膜的兩側分別設有正極材料和負極材料，正極材料和負極材料分別與電荷收集器連接，電荷收集器與引線連接；所述正極材料和負極材料中至少有一個為多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料；所述多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料通過如下方法制備：先采用陶瓷法制備鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料；將制備的鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料加入球磨罐中，再加入占鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料質量15‐25％的造孔劑，加入溶劑，球磨后烘干，成型后的坯體在900～1100℃煅燒4～15h，制得多孔鈷酸鍶鑭基底；然后將多孔鈷酸鍶鑭基底通過浸漬1～5molL‐1AgNO3溶液，擔載銀納米顆粒，真空干燥，干燥后在450～600℃下空氣中煅燒0.5～2h形成多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料。為進一步實現本專利技術目的，優選地，所述陶瓷法包括固相法、注漿成型法、熱壓鑄法或流延成型法。優選地，所述造孔劑為可溶性淀粉或石墨烯。優選地，所述鈷酸鍶鑭的化學式為La1‐xSrxCoO3‐δ，其中x的值在0～0.8之間。優選地，所述正極材料和負極材料都采用多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料；或者是所述正極材料采用多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料，負極材料采用碳材料。本專利技術非對稱超級電容器，采用Ag/LSCx作為儲能正極材料，碳布作為負極材料，具備安全性高、充放電速度快、環保無污染、穩定性好、比容量高、電勢窗口寬、能量密度大等優點。優選地，所述隔膜選用充滿水系電解液的纖維素隔膜。優選地，所述水系電解液為氫氧化鉀水溶液，濃度為1～6molL‐1。優選地，所述銀納米顆粒擔載在鈷酸鍶鑭多孔基底的表面和孔壁上，擔載量通過浸漬次數加以控制。本專利技術發現，在各種導電陶瓷材料中，鑭系鈣鈦礦系列的導電率較高，其中鈷酸鍶鑭(La1‐xSrxCoO3‐δ，0≤x≤0.8，簡稱：LSCx)在室溫下的導電率可達10‐1Scm。本專利技術先制備鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料，然后將該材料與造孔劑混合碾磨以及煅燒，制備出多孔鈷酸鍶鑭基底，將該基底浸漬AgNO3溶液，可將活性物質Ag大量負載在基底的孔道和表面，且負載穩固，均勻，將其作為電極材本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒的超級電容器，包括引線、電荷收集器、正極材料、隔膜和負極材料；在隔膜的兩側分別設有正極材料和負極材料，正極材料和負極材料分別與電荷收集器連接，電荷收集器與引線連接；其特征在于：所述正極材料和負極材料中至少有一個為多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料；所述多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料通過如下方法制備：先采用陶瓷法制備鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料；將制備的鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料加入球磨罐中，再加入鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料質量15‐25％的造孔劑，加入溶劑，球磨后烘干，成型后的坯體在900～1100℃煅燒4～15h，制得多孔鈷酸鍶鑭基底；然后將多孔鈷酸鍶鑭基底通過浸漬1～5molL

【技術特征摘要】
1.一種基于多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒的超級電容器，包括引線、電荷收集器、正極材料、隔膜和負極材料；在隔膜的兩側分別設有正極材料和負極材料，正極材料和負極材料分別與電荷收集器連接，電荷收集器與引線連接；其特征在于：所述正極材料和負極材料中至少有一個為多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料；所述多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料通過如下方法制備：先采用陶瓷法制備鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料；將制備的鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料加入球磨罐中，再加入鈷酸鍶鑭陶瓷粉末材料質量15‐25％的造孔劑，加入溶劑，球磨后烘干，成型后的坯體在900～1100℃煅燒4～15h，制得多孔鈷酸鍶鑭基底；然后將多孔鈷酸鍶鑭基底通過浸漬1～5molL‐1AgNO3溶液，擔載銀納米顆粒，真空干燥，干燥后在450～600℃下空氣中煅燒0.5～2h形成多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒構成的電極材料。2.根據權利要求1所述的基于多孔鈷酸鍶鑭基底擔載銀納米顆粒的超級電容器，其特征在于，所述陶瓷法包括固相法、注漿成型法、熱壓鑄法或流延成型法。3.根據權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉江，劉佩佩，張亞鵬，周倩，王曉強，劉美林，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44