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CN103280339A - 一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法 - Google Patents

一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法 Download PDF

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CN103280339A
CN103280339A CN2013101276550A CN201310127655A CN103280339A CN 103280339 A CN103280339 A CN 103280339A CN 2013101276550 A CN2013101276550 A CN 2013101276550A CN 201310127655 A CN201310127655 A CN 201310127655A CN 103280339 A CN103280339 A CN 103280339A
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CN
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cerium oxide
oxide electrode
electrode
mixture
collector
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CN2013101276550A
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朱明原
史涛涛
聂林才
殷利民
薄伟强
胡业旻
李瑛�
金红明
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University of Shanghai for Science and Technology
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University of Shanghai for Science and Technology
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

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Abstract

本发明涉及一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法，具有以下步骤：a）将粒径小于1μm的二氧化铈粉末、导电剂和粘结剂按一定比例进行混合搅拌，其中导电剂含量为混合物总质量的10～20wt%，粘结剂含量为混合物总质量的10～20wt%；b）将混合物涂到集流体上，干燥后得到氧化铈电极。

Description

一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法，属于化学工业及材料科学与工程技术领域。 
背景技术
超级电容器是一种拥有高能量密度，高功率和高循环性能的储能装置，和电池配套使用具有广阔的应用前景。现在已经广泛应用于航空航天、信息技术等各种需要瞬间大功率放电的领域。超级电容器分为双电层电容器和赝电容器，其中赝电容器比双电层电容器具有更高的比容量，因此更具有发展潜力。赝电容的电极材料主要是过渡金属氧化物，如氧化钌、氧化镍、氧化钴和氧化锰等。目前，赝电容电容器研究比较成功的是氧化钌/H2SO4，体系，但氧化钌价格高昂，且H2SO4溶液对电极集流体的要求较高，从而限制了其广泛应用。所以寻找低成本，高性能的电极材料势在必行。二氧化铈是一种很好的电极材料，它具有良好的电化学氧化还原性和较低的成本。Li等制备的二氧化铈和石墨烯的复合电极材料具有280Fg-1的比容量。集流体的应用也对电极材料的性能产生较大的影响，泡沫镍由于具有多孔的三维结构和高比表面积，是一种优秀的电极集流体材料。本专利利用泡沫镍等做集流体，氧化铈做活性材料，制备具有良好电化学性能的电极材料。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法，以获得具有高比容量的超级电容器电极材料。 
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 
一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法，具有以下步骤： 
a）将粒径小于1μm的二氧化铈粉末、导电剂和粘结剂按一定比例进行混合搅拌，其中导电剂含量为混合物总质量的10～20wt%，粘结剂含量为混合物总质量的10～20wt%；
b）将混合物涂到集流体上，干燥后得到氧化铈电极。
所述步骤b）或为：将步骤a）的混合物研磨，然后压成0.5～2μm厚的薄膜，将薄膜用10-50MPa的压力压在集流体上，得到氧化铈电极。 
所述的导电剂为乙炔黑、碳纳米管、碳纳米微球中的一种或几种；粘结剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯溶解在二甲基乙酰胺或二甲基亚砜有机溶液中形成的溶液；集流体为泡沫镍，不锈钢网、镍片、钛片或石墨片。 
与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点和显著地进步： 
a）泡沫镍集流体具有三维网状结构，提高了活性物质与电解液间的接触面积，从而提高了电极的比容量。
b）与直接在集流体上沉积薄膜所得到的电极相比，本发明所制得的电极活性物质与集流体间的结合力更强，有利于延长电极的使用寿命；单位面积的活性物质负载质量更大，有利于提高电极的功率。 
附图说明
图1是本发明实施例一和实施例二所制得电极的循环伏安测试图。 
图2是本发明实施例三中电极在碱性电解质液中测试的循环伏安性能图。 
图3是本发明实施例三中电极在中性电解质液中测试的循环伏安性能图。 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。 
实施例一
将粒径小于1μm的氧化铈粉末、乙炔黑和聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比为80:10:10进行混合，将混合物置于磁力搅拌器上室温搅拌12小时后涂在大小为1×2cm的泡沫镍片上，然后置于真空干燥箱中120℃干燥12h，最终得到泡沫镍集流体氧化铈电极。
用0.1M Na2SO4做电解质溶液，饱和甘汞电极作为参比电极，铂为对电极对上述制得的电极进行循环伏安测试，如图1所示。扫描速率为10 mV s-1时，测得的比容为57 F g-1。 
实施例二
将粒径小于1μm的氧化铈粉末、乙炔黑和聚偏氟乙烯（PVDF）按照质量比为80:10:10进行混合，将混合物置于磁力搅拌器上室温搅拌12小时后涂在大小为1×1cm的石墨片上，然后置于真空干燥箱中120℃干燥12h，最终得到石墨集流体氧化铈电极。
用0.1M Na2SO4做电解质溶液，饱和甘汞电极作为参比电极，铂为对电极对上述制得的电极进行循环伏安测试，如图1所示。扫描速率为10 mV s-1时，测得的比容为7 F g-1。 
实施例三
将粒径小于1μm的氧化铈粉末、乙炔黑和聚四氟乙烯（PTFE）按照质量比为70:15:15进行混合，将混合物研磨后压成厚度为2μm左右的薄膜，待薄膜干燥后压在泡沫镍集流体上，得到氧化铈电极。
将所制得的氧化铈电极在碱性电解液中进行电化学性能测试。循环伏安测试中以饱和甘汞电极作为参比电极，铂为对电极，描速率为5 mV s-1，测试电压范围为0-0.4 V，如图2所示。在2M KOH、2M NaOH、2M LiOH电解液中进行循环伏安测试，得到的比容分别为241 F g-1 、152 F g-1 、87 F g-1。 
将所制得的氧化铈电极在中性电解液中进行电化学性能测试。循环伏安测试中以饱和甘汞电极作为参比电极，铂为对电极，描速率为5 mV s-1，测试电压范围为0.5-0.9 V，如图3所示。在0.1M Na2SO4、0.1M K2SO4、0.1M (NH4)2SO4电解液中进行循环伏安测试，得到的比容分别为89 F g-1、61 F g-1、10 F g-1。 

Claims (3)

1.一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法，其特征在于，具有以下步骤： 
a）将粒径小于1μm的二氧化铈粉末、导电剂和粘结剂按一定比例进行混合搅拌，其中导电剂含量为混合物总质量的10～20wt%，粘结剂含量为混合物总质量的10～20wt%；
b）将混合物涂到集流体上，干燥后得到氧化铈电极。
2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法，其特征在于，所述步骤b）或为：将步骤a）的混合物研磨，然后压成0.5～2μm厚的薄膜，将薄膜用10-50MPa的压力压在集流体上，得到氧化铈电极。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法，其特征在于，所述的导电剂为乙炔黑、碳纳米管、碳纳米微球中的一种或几种；粘结剂为聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯溶解在二甲基乙酰胺或二甲基亚砜有机溶液中形成的溶液；集流体为泡沫镍，不锈钢网、镍片、钛片或石墨片。
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