高能量密度的非對稱型準電容器及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種非對稱型電容器及其制作方法，特別是涉及一種利用電泳法所制 得的高能量密度的非對稱電容器及其制作方法。
【背景技術】
[0002] 由于電化學電容器能于小體積中擁有高電容值，適合發展作為儲能工具，所以，電 化學電容器逐漸成為新一代電池的發展主流。
[0003] 其中，非對稱型準電容器（asymmetricpseudocapacitor)是其中一種新穎的電化 學電容器，其工作原理在于利用材料表面的電活性（electroactive)與電解液，而進行快 速可逆的法拉第反應，以儲存電荷。
[0004] 參閱圖1，一般的非對稱型準電容器包括陽極板11、陰極板12,及設置于該陽極板 11與該陰極板12間而可供離子穿透的隔離膜13。
[0005] 該陽極板11包括導電基材111、陽極薄膜112,及位于該導電基材111與該陽極薄 膜112間并供該陽極薄膜112與該導電基材111彼此相連結的粘著劑113。
[0006] 該陰極板12包括導電基材121、陰極薄膜122,及位于該導電基材121與該陰極薄 膜122間并供該陰極薄膜122與該導電基材121彼此相連結的粘著劑123。
[0007] 該非對稱型準電容器的制造方法如下：
[0008] (1)準備一導電基板，于該導電基板的其中一表面涂布一層粘著劑，再于該粘著劑 的表面以加壓的方式設置該陽極薄膜；
[0009] (2)準備另一導電基板，于該導電基板的其中一表面涂布一層粘著劑，再于該粘著 劑的表面以加壓的方式設置該陰極薄膜；及
[0010] (3)于該陽極薄膜與該陰極薄膜間設置隔離膜。
[0011] 然而，由于該陽極板的粘著劑，及該陰極板的粘著劑是屬于不導電的材料，造成該 陽極板與該陰極板的電阻值過高的問題。
[0012] 針對該粘著劑113U23所造成電阻值過高的問題，有學者提出利用電泳法，將該 陽極薄膜與該陰極薄膜直接沉積于該導電基板表面，繼而省略該粘著劑，其中，使用于電泳 法的電泳液，為了增加電泳度，以使該陽極薄膜與該陰極薄膜材料表面帶電荷，而于電泳液 中添加界面活性劑。但此作法的缺點在于，在完成電泳法的后續蒸發電解質的過程中，該界 面活性劑未能隨蒸發過程同時揮發，反而使得陽極板的陽極薄膜及該陰極板的該陰極薄膜 中含有大量的界面活性劑，導致電阻值仍然無法有效地被降低。
[0013] 因此，如何改善該非對稱型準電容器的陽極板與該陰極板的電阻值，繼而有效地 大幅提升非對稱型準電容器的功率密度、能量密度與循環壽命（cycletime)，為本技術領 域主要研究發展的方向之一。
【發明內容】
[0014] 本發明的目的在于提供一種具有高功率密度、高能量密度與長循環壽命的高能量 密度的非對稱型準電容器。
[0015] 此外，本發明的另一目的，即在提供一種具有高功率密度、高能量密度與長循環壽 命的高能量密度的非對稱型準電容器的制造方法。
[0016] 本發明的高能量密度的非對稱型準電容器，包含：陰極板、陽極板，及隔離膜。
[0017] 該陰極板包括第一導電基材，及形成于該第一導電基材上的多孔性陰極薄膜，該 多孔性陰極薄膜具有多個片狀復合物，及穿伸于所述片狀復合物的間隙間且與所述片狀復 合物接觸的網狀結構，每一所述片狀復合物為具有石墨烯、過渡金屬化合物及納米碳管的 復合物，該網狀結構具有納米碳管。
[0018] 該陽極板包括第二導電基材，及形成于第二導電基材上的陽極薄膜，該陽極薄膜 具有石墨烯及納米碳管的復合物。
[0019] 該隔離膜設置于該陽極板及該陰極板間，并供離子穿透。
[0020] 較佳地，前述高能量密度的非對稱型準電容器，該陰極板的第一導電基材與該陽 極板的第二導電基材為鎳金屬。
[0021] 較佳地，前述高能量密度的非對稱型準電容器，該陰極板的所述片狀復合物的過 渡金屬化合物為二氧化錳。
[0022] 再者，本發明的高能量密度的非對稱型準電容器的制造方法，包含：
[0023] 氧化石墨粉體成為石墨烯氧化物。
[0024] 利用氫氧化鈉水液溶作為還原劑還原該石墨烯氧化物為石墨烯。
[0025] 將具有該石墨烯、過渡金屬氧化物及納米碳管的已合成的第一復合物粉體，及納 米碳管粉體，分散于含有質子酸的有機溶劑中，成為第一溶液。
[0026] 利用電泳法配合該第一溶液于第一導電基材的表面沉積得陰極薄膜。
[0027]將石墨烯粉體及納米碳管粉體，分散于含有質子酸的有機溶劑中，成為第二溶液。
[0028] 利用電泳法配合該第二溶液于第二導電基材的表面沉積得陽極薄膜。
[0029] 于該陽極薄膜與該多孔性陰極薄膜間設置供離子穿透的間隔板，制得該高能量的 非對稱型電容器。
[0030] 較佳地，前述本發明非對稱型準電容器的制造方法，該第一復合物粉體是利用該 石墨烯、該過渡金屬氧化物及該納米碳管進行合成而制得。
[0031] 較佳地，前述本發明非對稱型準電容器的制造方法，該第一導電基材及該第二導 電基材為鎳金屬。
[0032] 較佳地，前述本發明非對稱型準電容器的制造方法，該過渡金屬氧化物為二氧化 猛。
[0033] 較佳地，前述本發明非對稱型準電容器的制造方法，該質子酸為鹽酸，該有機溶劑 為異丙醇。
[0034] 本發明的有益效果在于：多孔性陰極薄膜不需以往的粘著劑即可直接附著于該第 一導電基材，有效提升本發明非對稱型準電容器的儲能效率；再者，本發明該高能量密度的 非對稱型準電容器的制造方法整體是在無毒的環境中進行，不會造成環境污染。
【附圖說明】
[0035] 圖1是剖視圖，說明一種以往非對稱型準電容器；
[0036] 圖2是剖視圖，說明本發明高能量密度的非對稱型準電容器的較佳實施例；
[0037] 圖3是掃描式電子顯微鏡（scanningelectronmicroscope,SEM)圖，說明該較佳 實施例的陰極薄膜；
[0038] 圖4是本發明高能量密度的非對稱型準電容器之具體例的陰極板的電壓對電流 密度曲線圖；
[0039] 圖5是本發明高能量密度的非對稱型準電容器的具體例的陰極板的時間倒數的 平方根（l/t1/2)對電流⑴的曲線圖；
[0040] 圖6是本發明高能量密度的非對稱型準電容器的具體例的電壓對電流密度曲線 圖；
[0041] 圖7是本發明高能量密度的非對稱型準電容器的具體例的充放電的循環周期數 對電容保持度的曲線圖；
[0042] 圖8是本發明高能量密度的非對稱型準電容器的具體例的功率密度和能量密度 分布圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明：
[0044] 參閱圖2,本發明高能量密度的非對稱型準電容器的較佳實施例包含陰極板2、陽 極板3,及隔離膜4。該較佳實施例具有高能量及高功率密度。
[0045] 該陰極板2包括第一導電基材21，及形成于該第一導電基材21上的多孔性陰極薄 膜22。
[0046] 配合參閱圖3,該多孔性陰極薄膜22具有多個片狀復合物，及穿伸于所述片狀復 合物的間隙間而用以支撐所述片狀復合物的網狀結構，每一所述片狀復合物為具有石墨 烯、過渡金屬化合物及納米碳管的復合物，該網狀結構具有納米碳管。
[0047] 該陽極板3包括第二導電基材31、設置于該第一導電基材31上的陽極薄膜32。該 陽極薄膜32具有石墨烯及納米碳管的復合物。
[0048] 該隔離膜4設置于該陽極板3與該陰極板2間，并供離子穿透。
[0049] 較佳地，該第一導電基材21及該第二導電基材31為鎳金屬；該陰極板2的所述片 狀復合物的過渡金屬化合物為二氧化錳。
[0050] 又，本發明高能量密度的非對稱型準電容器（asymmetricpseudocapacitor)屬于 電化學電池的其中一種形態。
[0051] 本發明高能量密度的非對稱型準電容器的制造方法如下：
[0052] (1)氧化石墨粉體成為石墨烯氧化物；
[0053] (2)利用氫氧化鈉水液溶作為還原劑還原該石墨烯氧化物為石墨烯；
[0054] (3)將具有該石墨烯、過渡金屬氧化物及納米碳管的已合成的第一復合物粉體，及 納米碳管粉體，分散于含有質子酸的有機溶劑中，成為第一溶液；
[0055] (4)利用電泳法配合該第一溶液于第一導電基材21的表面沉積得多孔性陰極薄 膜22;
[0056] (5)將石墨烯粉體及納米碳管粉體，分散于含有質子酸的有機溶劑中，成為第二溶 液；
[0057] (6)利用電泳法配合該第二溶液于第二導電基材31的表面沉積得陽極薄膜32;及
[0058] (7)于該陽極薄膜32與該多孔性陰極薄膜22間設置供離子穿透的隔離膜4,制得 該高能量密度的非對稱型準電容器。
[0059] 較佳地，該過渡金屬氧化物為二氧化錳；該有機溶劑為異丙醇；及該質子酸為鹽 酸，以提供氫離子。
[0060] 需說明的是，該第一復合物粉體是利用該石墨烯、該過渡金屬氧化物及該納米碳 管進行合成而制得。
[0061] 由于本發明非對稱準電容器的制造方法是于無毒的氫氧化鈉水溶液中制作石墨 烯，不會造成環境污染。
[0062] 其次，本發明高能量密度的非對稱型準電容器的制造方法是于提供質子酸的鹽酸 作為電解質進行電泳法，以沉積形成具有所述片狀復合物及該網狀結構的該多孔性陰極薄 膜22,且該多孔性陰極薄膜22在干燥后經測試證實不會殘留影響導電性的物質，可有效地 維持該多孔性陰極薄膜22的導電性質，不會有目前殘留界面活性劑，或必需附著于以往的 粘著劑所造成該陰極導電薄膜的電阻值過高的問題。
[0063] 又，該第一導電基材及該第二導電基材為金屬基材，在