本發(fā)明涉及電化學(xué)領(lǐng)域，具體的涉及一種高性能對稱型超級電容器的制備方法。
背景技術(shù)：
：
全球變暖和化石燃料的日益枯竭迫使人們大力發(fā)展可持續(xù)和可再生能源，目前，解決日趨短缺的能源問題，仍是人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。因此，學(xué)者們紛紛投身新能源領(lǐng)域，在尋找清潔、高效和可再生能源的同時(shí)，也積極關(guān)注能量存儲(chǔ)。太陽能和風(fēng)能作為最具有發(fā)展前景的新能源引起了學(xué)者們極大的興趣，并得到了快速發(fā)展，然而這些能源并不穩(wěn)定，如太陽能在夜晚不能工作，風(fēng)能的提供也存在不確定性，因此需要儲(chǔ)能系統(tǒng)對能量進(jìn)行存儲(chǔ)后再加以利用。近幾年，超級電容器作為儲(chǔ)能器件扮演越來越重要的角色隨著信息技術(shù)、電子產(chǎn)品和車用能源等領(lǐng)域中新技術(shù)的迅速發(fā)展，人們更加關(guān)注超級電容器的研究與開發(fā)。
超級電容器通常也被稱為法拉第準(zhǔn)電容器、電化學(xué)電容器或雙電層電容器。超級電容器與傳統(tǒng)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理不同，它是通過電極和電解液之間的界面和電極表面或內(nèi)部可逆的氧化還原反應(yīng)存儲(chǔ)電荷，其性能介于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間，具有高于蓄電池的功率密度和傳統(tǒng)靜電電容器的能量密度，其容量可達(dá)到幾百法拉甚至上千法拉。此外，超級電容器具有工作溫度范圍寬、使用壽命長和對環(huán)境無污染等特點(diǎn)，是一種既高效實(shí)用又方便環(huán)保的能量存儲(chǔ)裝置。影響超級電容器性能的主要因素是電極材料，如何制得穩(wěn)定性好，高能量密度、高能量密度的電極材料是制備容量大、循環(huán)性能優(yōu)異的超級電容器的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：
本發(fā)明的目的是提供一種高性能對稱型超級電容器的制備方法，該制備方法簡單，制得的電容器穩(wěn)定性好，倍率性能優(yōu)異。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種高性能對稱型超級電容器的制備方法，包括以下步驟：
(1)電極材料的制備：
首先將泡沫鎳片清洗干燥后置于激光加工器基臺(tái)上，然后將聚焦高能密度脈沖激光束在含氧氣氛中聚焦于泡沫鎳片表面，最后將激光束以均勻的速度對泡沫鎳片表面進(jìn)行掃描處理，制得NiO/泡沫鎳復(fù)合材料，即為對稱型超級電容器的電極材料；
(2)電解質(zhì)的制備
將氫氧化鉀、聚乙烯醇和水充分混合后得到氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)；
(3)組裝
在兩片步驟(1)制得的NiO/泡沫鎳復(fù)合材料表面分別涂抹步驟(2)制得的氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)，然后將兩片電極一起壓實(shí)，烘干后用保護(hù)膜封裝，制得對稱型超級電容器。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中，所述聚焦高能密度脈沖激光為飛秒、皮秒或納秒型，激光波長為紫外光、可見光或紅外光，激光頻率為1KHZ-10MHZ，激光脈沖能量為0.01μJ-1mJ，激光掃描速度為0.1mm/s-10m/s，間距為0.001-2mm。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中，所述含氧氣氛為空氣氣氛。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中，NiO/泡沫鎳復(fù)合材料中NiO是由3-5nm的單個(gè)顆粒隨機(jī)堆積在泡沫鎳片表面而成的具有多孔性質(zhì)的微米級顆粒組成。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(2)中，所述氫氧化鉀、聚乙烯醇和水的質(zhì)量比為1:1：(20-35)。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(2)中，氫氧化鉀、聚乙烯醇和水的混合溫度為70-90℃，混合時(shí)間為30-60min。
本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明采用激光燒蝕的方法制得電容器的電極材料，激光加工具有快速、高效、可控性和均勻性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，制得的納米NiO具有高比表面積、高活性等優(yōu)點(diǎn)，其直接生長于泡沫鎳表面，結(jié)合牢固，該電極材料能量密度大，穩(wěn)定性好，由其制得的電容器循環(huán)穩(wěn)定性好，且倍率性能優(yōu)異。
具體實(shí)施方式：
為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，不會(huì)對本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
實(shí)施例1
一種高性能對稱型超級電容器的制備方法，包括以下步驟：
(1)電極材料的制備：
首先將泡沫鎳片清洗干燥后置于激光加工器基臺(tái)上，然后將聚焦高能密度脈沖激光束在含氧氣氛中聚焦于泡沫鎳片表面，最后將激光束以均勻的速度對泡沫鎳片表面進(jìn)行掃描處理，制得NiO/泡沫鎳復(fù)合材料，即為對稱型超級電容器的電極材料；其中，聚焦高能密度脈沖激光為飛秒、皮秒或納秒型，激光波長為紫外光、可見光或紅外光，激光頻率為1KHZ-10MHZ，激光脈沖能量為0.01μJ-1mJ，激光掃描速度為1mm/s，間距為0.001-2mm；氛圍為空氣氣氛；
(2)電解質(zhì)的制備
將氫氧化鉀、聚乙烯醇和水充分混合后得到氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)；其中，氫氧化鉀、聚乙烯醇和水的質(zhì)量比為1:1：23，三者混合溫度為70℃，混合時(shí)間為30min；
(3)組裝
在兩片步驟(1)制得的NiO/泡沫鎳復(fù)合材料表面分別涂抹步驟(2)制得的氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)，然后將兩片電極一起壓實(shí)，烘干后用保護(hù)膜封裝，制得對稱型超級電容器。
實(shí)施例2
一種高性能對稱型超級電容器的制備方法，包括以下步驟：
(1)電極材料的制備：
首先將泡沫鎳片清洗干燥后置于激光加工器基臺(tái)上，然后將聚焦高能密度脈沖激光束在含氧氣氛中聚焦于泡沫鎳片表面，最后將激光束以均勻的速度對泡沫鎳片表面進(jìn)行掃描處理，制得NiO/泡沫鎳復(fù)合材料，即為對稱型超級電容器的電極材料；其中，聚焦高能密度脈沖激光為飛秒、皮秒或納秒型，激光波長為紫外光、可見光或紅外光，激光頻率為1KHZ-10MHZ，激光脈沖能量為0.01μJ-1mJ，激光掃描速度為5mm/s，間距為0.001-2mm；氛圍為空氣氣氛；
(2)電解質(zhì)的制備
將氫氧化鉀、聚乙烯醇和水充分混合后得到氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)；其中，氫氧化鉀、聚乙烯醇和水的質(zhì)量比為1:1：26，三者混合溫度為90℃，混合時(shí)間為60min；
(3)組裝
在兩片步驟(1)制得的NiO/泡沫鎳復(fù)合材料表面分別涂抹步驟(2)制得的氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)，然后將兩片電極一起壓實(shí)，烘干后用保護(hù)膜封裝，制得對稱型超級電容器。
實(shí)施例3
一種高性能對稱型超級電容器的制備方法，包括以下步驟：
(1)電極材料的制備：
首先將泡沫鎳片清洗干燥后置于激光加工器基臺(tái)上，然后將聚焦高能密度脈沖激光束在含氧氣氛中聚焦于泡沫鎳片表面，最后將激光束以均勻的速度對泡沫鎳片表面進(jìn)行掃描處理，制得NiO/泡沫鎳復(fù)合材料，即為對稱型超級電容器的電極材料；其中，聚焦高能密度脈沖激光為飛秒、皮秒或納秒型，激光波長為紫外光、可見光或紅外光，激光頻率為1KHZ-10MHZ，激光脈沖能量為0.01μJ-1mJ，激光掃描速度為1cm/s，間距為0.001-2mm；氛圍為空氣氣氛；
(2)電解質(zhì)的制備
將氫氧化鉀、聚乙烯醇和水充分混合后得到氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)；其中，氫氧化鉀、聚乙烯醇和水的質(zhì)量比為1:1：29，三者混合溫度為75℃，混合時(shí)間為40min；
(3)組裝
在兩片步驟(1)制得的NiO/泡沫鎳復(fù)合材料表面分別涂抹步驟(2)制得的氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)，然后將兩片電極一起壓實(shí)，烘干后用保護(hù)膜封裝，制得對稱型超級電容器。
實(shí)施例4
一種高性能對稱型超級電容器的制備方法，包括以下步驟：
(1)電極材料的制備：
首先將泡沫鎳片清洗干燥后置于激光加工器基臺(tái)上，然后將聚焦高能密度脈沖激光束在含氧氣氛中聚焦于泡沫鎳片表面，最后將激光束以均勻的速度對泡沫鎳片表面進(jìn)行掃描處理，制得NiO/泡沫鎳復(fù)合材料，即為對稱型超級電容器的電極材料；其中，聚焦高能密度脈沖激光為飛秒、皮秒或納秒型，激光波長為紫外光、可見光或紅外光，激光頻率為1KHZ-10MHZ，激光脈沖能量為0.01μJ-1mJ，激光掃描速度為1dm/s，間距為0.001-2mm；氛圍為空氣氣氛；
(2)電解質(zhì)的制備
將氫氧化鉀、聚乙烯醇和水充分混合后得到氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)；其中，氫氧化鉀、聚乙烯醇和水的質(zhì)量比為1:1：20，三者混合溫度為80℃，混合時(shí)間為45min；
(3)組裝
在兩片步驟(1)制得的NiO/泡沫鎳復(fù)合材料表面分別涂抹步驟(2)制得的氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)，然后將兩片電極一起壓實(shí)，烘干后用保護(hù)膜封裝，制得對稱型超級電容器。
實(shí)施例5
一種高性能對稱型超級電容器的制備方法，包括以下步驟：
(1)電極材料的制備：
首先將泡沫鎳片清洗干燥后置于激光加工器基臺(tái)上，然后將聚焦高能密度脈沖激光束在含氧氣氛中聚焦于泡沫鎳片表面，最后將激光束以均勻的速度對泡沫鎳片表面進(jìn)行掃描處理，制得NiO/泡沫鎳復(fù)合材料，即為對稱型超級電容器的電極材料；其中，聚焦高能密度脈沖激光為飛秒、皮秒或納秒型，激光波長為紫外光、可見光或紅外光，激光頻率為1KHZ-10MHZ，激光脈沖能量為0.01μJ-1mJ，激光掃描速度為1m/s，間距為0.001-2mm；氛圍為空氣氣氛；
(2)電解質(zhì)的制備
將氫氧化鉀、聚乙烯醇和水充分混合后得到氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)；其中，氫氧化鉀、聚乙烯醇和水的質(zhì)量比為1:1：31，三者混合溫度為85℃，混合時(shí)間為50min；
(3)組裝
在兩片步驟(1)制得的NiO/泡沫鎳復(fù)合材料表面分別涂抹步驟(2)制得的氫氧化鉀凝膠電解質(zhì)，然后將兩片電極一起壓實(shí)，烘干后用保護(hù)膜封裝，制得對稱型超級電容器。
對本發(fā)明制得的電容器進(jìn)行正反方向充放電性能的測試，測試時(shí)電流密度從5mA增大為50mA，電容器的容量仍保持87％以上，說明本發(fā)明制得的電容器倍率性能優(yōu)異；且在正反反向反復(fù)充放電20000次后，電容量完全沒有衰減。