本發(fā)明涉及超級電容器，尤其涉及一種具有高電容的水泥基電極超級電容器及其制備方法。

背景技術：

1、水泥基超級電容器基本都是以水泥基材料為電解質的超級電容器，國際上僅在去年下半年發(fā)表一篇sci學術論文(carbon–cement?supercapacitors?as?a?scalable?bulkenergy?storage?solution)，提出了一種將電能儲存在水泥中的新方案—基于廉價、容易獲得的水泥、水和炭黑的炭-水泥超級電容器。但該超級電容器存在電容不高的問題，比電容最高僅幾個法拉f。

技術實現思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明通過分別調控正負電極材料，實現電極材料對正負電荷吸附能力的提升，從而提高電極的電荷儲存容量上限。

2、本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有高電容的水泥基電極超級電容器。

3、本發(fā)明的目的之二在于提供一種該具有高電容的水泥基電極超級電容器的制備方法。

4、為了實現本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術方案：

5、第一方面，本發(fā)明提供了一種具有高電容的水泥基電極超級電容器，包括浸有電解液的正極和負極，其中所述正極通過以下方法制備得到：

6、將導電炭黑、水泥、磷酸二氫鉀和氫氧化鈣混合攪拌得到干混合物，并加入水和減水劑，倒入模具中振搗，硬化脫模后放置在標準養(yǎng)護環(huán)境中進行養(yǎng)護，切割，得到正極；

7、所述負極通過以下方法制備得到：

8、將導電炭黑、水泥和礦渣混合攪拌得到干混合物，并加入水和減水劑，倒入模具中振搗，硬化脫模后放置在標準養(yǎng)護環(huán)境中進行養(yǎng)護，切割；將養(yǎng)護后的負極放置在氯化銨水溶液中浸泡脫鈣，清洗后得到負極。

9、下面進行詳細說明：

10、正極制備：

11、導電炭黑可以為選自乙炔黑、sp、科琴黑中的一種或幾種，導電炭黑的比表面積為50m2/g-1200m2/g；

12、水泥可以為選自硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥中的一種或幾種。水泥強度等級可以為425、625、325、525等，不做特別限制。

13、在一些實施方式中，導電炭黑質量占水泥和磷酸二氫鉀總質量的8％～13％；

14、在一些實施方式中，磷酸二氫鉀質量占水泥和磷酸二氫鉀總質量的5％～20％。

15、在一些實施方式中，氫氧化鈣質量占水泥和磷酸二氫鉀總質量的5％～10％。

16、減水劑可以為聚羧酸高效減水劑。

17、在一些實施方式中，水灰比為0.8～1.6，減水劑質量占水質量的0.2％～0.5％。

18、在一些實施方式中，養(yǎng)護溫度為20±2℃，相對濕度控制在95％以上。

19、在一些實施方式中，切割為厚度1-20mm的薄片，切割后單面拋光，得到正極。

20、正極制備機理：磷酸二氫鉀中富含活性p元素，將溶于反應環(huán)境，可在主要水化產物中替代si原子，該替代過程導致局部正電荷增加，有益于陰離子的吸附；氫氧化鈣ζ電位為正，具有吸附陰離子的傾向。

21、負極制備：

22、導電炭黑可以為選自乙炔黑、sp、科琴黑中的一種或幾種，導電炭黑的比表面積為50m2/g-1200m2/g；

23、水泥可以為選自硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥中的一種或幾種。水泥強度等級可以為425、625、325、525等，不做特別限制。

24、礦渣可以為高爐礦粉(s105等級)、煤粉灰(一級灰)或偏高嶺土，平均粒徑為0.1μm～100μm。

25、在一些實施方式中，導電炭黑質量占水泥和礦渣總質量的8％～13％；

26、在一些實施方式中，礦渣質量占水泥和礦渣總質量的4％～40％；高爐礦粉可占5％～40％；粉煤灰或偏高嶺土可占5％～20％。

27、減水劑可以為聚羧酸高效減水劑。

28、在一些實施方式中，水灰比為0.8～1.6，減水劑質量占水質量的0.2％～0.5％。

29、在一些實施方式中，養(yǎng)護溫度為20±2℃，相對濕度控制在95％以上。

30、在一些實施方式中，切割為厚度1-20mm的薄片。

31、在一些實施方式中，氯化銨水溶液的濃度為0.5～1.5mol/l；浸泡時間為10min～24h。

32、控制溶液濃度與浸泡時間來控制脫鈣程度，脫鈣結束后經過多次清洗將溶液清洗干凈。

33、負極制備機理：礦渣富含活性al元素，摻入水泥水化中，證實可在強堿性環(huán)境下發(fā)生解聚溶解，參與水泥水化反應，可在主要水化產物中替代si原子，該替代過程導致局部正電荷降低，有益于陽離子的吸附；然后，進行脫鈣處理，進一步大幅降低電極中陽離子的既有存量，提升新的可吸附量，此外礦渣中al相的替代強化了主要水化產物分子骨架結構，增加化學穩(wěn)定性，抑制脫鈣所導致的水化產物化學反應響應(例如：硅鏈羥基化或硅鏈聚合以中和ca離子流失的電荷)。

34、在一些實施方式中，電解液為100mmol/l～1.5mol/l的氫氧化鉀水溶液。

35、在一些實施方式中，具有高電容的水泥基電極超級電容器還包括正極和負極之間的玻璃纖維膜，以及正極和負極表面的導電石墨紙。玻璃纖維膜厚度為0.1-1mm；玻璃纖維膜也預先浸有電解液。

36、第二方面，本發(fā)明提供了一種上述具有高電容的水泥基電極超級電容器的制備方法，包括如下步驟：

37、正極制備：將導電炭黑、水泥、磷酸二氫鉀和氫氧化鈣混合攪拌得到干混合物，并加入水和減水劑，倒入模具中振搗，硬化脫模后放置在標準養(yǎng)護環(huán)境中進行養(yǎng)護，切割，得到正極；

38、負極制備：將導電炭黑、水泥和礦渣混合攪拌得到干混合物，并加入水和減水劑，倒入模具中振搗，硬化脫模后放置在標準養(yǎng)護環(huán)境中進行養(yǎng)護，切割；將養(yǎng)護后的負極放置在氯化銨水溶液中浸泡脫鈣，清洗后得到負極；

39、組裝：將正極和負極各自分別在電解液中浸泡至飽和，與玻璃纖維膜、導電石墨紙組合，封裝，得到具有高電容的水泥基電極超級電容器。

40、石墨紙覆蓋在電極上，導線從導電石墨紙上接出來。

41、第二方面中各原料描述同第一方面，在此不再贅述。

42、在一些實施方式中，正極制備中，導電炭黑質量占水泥和磷酸二氫鉀總質量的8％～13％；

43、在一些實施方式中，正極制備中，磷酸二氫鉀質量占水泥和磷酸二氫鉀總質量的5％～20％。

44、在一些實施方式中，正極制備中，氫氧化鈣質量占水泥和磷酸二氫鉀總質量的5％～10％。

45、在一些實施方式中，正極制備中，水灰比為0.8～1.6，減水劑質量占水質量的0.2％～0.5％。

46、在一些實施方式中，正極制備中，養(yǎng)護溫度為20±2℃，相對濕度控制在95％以上。

47、在一些實施方式中，正極制備中，切割為厚度1-20mm的薄片，切割后單面拋光，得到正極。

48、在一些實施方式中，負極制備中，導電炭黑質量占水泥和礦渣總質量的8％～13％；

49、在一些實施方式中，負極制備中，礦渣質量占水泥和礦渣總質量的5％～40％。

50、在一些實施方式中，負極制備中，水灰比為0.8～1.6，減水劑質量占水質量的0.2％～0.5％。

51、在一些實施方式中，負極制備中，養(yǎng)護溫度為20±2℃，相對濕度控制在95％以上。

52、在一些實施方式中，負極制備中，切割為厚度1-20mm的薄片。

53、在一些實施方式中，負極制備中，氯化銨水溶液的濃度為0.5～1.5mol/l；浸泡時間為10min～24h。

54、在一些實施方式中，電解液為100mmol/l～1.5mol/l的氫氧化鉀水溶液；玻璃纖維膜厚度為0.1-1mm；導電石墨紙厚度為0.1-1mm；用封裝裝置對組合好的電容器施加預應力，使其貼合緊密。

55、有益效果

56、本發(fā)明通過分別調控正負電極材料，實現電極材料對正負電荷吸附能力的提升，從而提高電極的電荷儲存容量上限。提升超級電容器電容3倍以上。

57、在上文中已經詳細地描述了本發(fā)明，但是上述實施方式本質上僅是例示性，且并不欲限制本發(fā)明。此外，本文并不受前述現有技術或
技術實現要素：
或以下實施例中所描述的任何理論的限制。