[發明專利]多孔碳材材料及其制作方法

在審

• 申請號: 201110195100.0
• 申請日: 2011-07-07
• 公開（公告）號: CN102674313A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 林弘萍;林有銘;蔡協和;陳立基
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C01B31/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

技術領域

本發明涉及多孔材料，且特別是涉及多孔碳材材料及其制作方法。

背景技術

超級電容器是能量儲存領域的一項革命性發展，并且將來可能在某些領域之中取代傳統蓄電池。超級電容器可以說是一種隨著材料科學的進步而出現的新型功率型儲能組件，其為一種通過極化電解液來存儲電能的新型電化學裝置。超級電容器自面市以來全球需求量快速擴大，已成為化學電源領域內新的產業超級新秀，且超級電容器在電動汽車、混合燃料汽車、特殊載重汽車、電力、鐵路、通信、國防、消費性電子產品等眾多領域有著巨大的應用價值和市場潛力。

由于超級電容器具有充放電速度快、對環境無污染、循環壽命長等優點，因此被定義成本世紀新型的綠色能源儲存系統。從電力使用品質的觀點而言，使用超級電容器有許多優于電池的地方，像是較高的功率輸出、充放效率與循環壽命(＞200,000次)，此外還可以提供瞬間的功率提升與煞車時電力的回充之用，從節能的觀點而言是不可或缺的輔助能源來源。此外，在不斷電系統中也可以利用超級電容器放電快速的特性，而能夠在斷電瞬間實時提供電力以彌補電池本質上應答時間的落差。

一般來說，超級電容器的電極主要為多孔性結構，其可為具有大表面積的微納米結構，以用于生成靜電荷儲存器的電雙層，其是以在電容器的電極板上直接形成靜電電荷的形式來儲存電能，此種儲存形式稱為非法拉第(non-Faradic)，意指電極界面各處并未發生電子轉移。

由于目前的商用超級電容器受限其碳電極材料的比表面積較小(500-1000m²/g)，因此，其能量密度偏低(＜5Wh/kg)，電容量約在5-35F/g附近。大表面積與良好孔洞性質的碳電極材料將可有效的提升超級電容器的整體效能，但是目前此種碳電極材料的制造技術(參考美國第I274453號專利)需要比較長的制造時間(大約3-7天)與較高的能量(2000℃的處理溫度)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可提升電荷儲存量并可快速傳輸電解質的電荷的多孔碳材材料。

本發明的另一目的在于提供一種簡單且較短時間制作多孔碳材材料的方法。

本發明一實施方式提供一種多孔碳材材料的制作方法，包括：使一表面活性劑與一碳源材料溶于一溶劑中，以形成一有機物模板前驅物溶液；配制一硅酸鹽水溶液；將有機物模板前驅物溶液倒入硅酸鹽水溶液中，以析出一中間產物，中間產物包含表面活性劑、碳源材料與一氧化硅模板；對中間產物進行一加熱制程，以使中間產物碳化；以及移除氧化硅模板，以形成一多孔碳材材料。

本發明一實施方式提供一種多孔碳材材料，包括：一多孔碳結構，具有多個大孔洞、多個中孔洞與多個微孔洞，其中各大孔洞的孔徑大于50納米，各中孔洞的孔徑為2納米～50納米，各微孔洞的孔徑小于2納米，多孔碳結構的比表面積約為700～3000平方米每克，以多孔碳結構的比表面積為基準，大孔洞的比表面積的分布比例為10～35％，中孔洞的比表面積的分布比例為25～40％，微孔洞的比表面積的分布比例為30～60％。

本發明的優點在于：本發明的多孔碳材材料具有微孔洞、中孔洞、與大孔洞，因此，當將其應用于超級電容器的碳電極上時，可通過微孔洞有效提升碳電極的表面積，并通過中孔洞與大孔洞作為電解質的電荷傳輸管道，進而達到提升電荷儲存量與快速傳輸電解質的電荷的功能；本發明的制作方法制作成本低廉、制作時間短且所需耗費的能量較低，因此，有利于多孔碳材材料的大量制造。

附圖說明

圖1繪示本發明一實施例的多孔碳材材料的制作流程圖；

圖2為第一實施例所制得的多孔碳材材料的穿透式電子顯微鏡(TEM)的影像；

圖3為第二實施例所制得的多孔碳材材料的穿透式電子顯微鏡的影像；

圖4為第三實施例所制得的多孔碳材材料的穿透式電子顯微鏡的影像；

圖5為第四實施例所制得的多孔碳材材料的穿透式電子顯微鏡的影像；

圖6為第五實施例所制得的多孔碳材材料的穿透式電子顯微鏡的影像；

圖7為第六實施例所制得的多孔碳材材料的穿透式電子顯微鏡的影像；

圖8繪示第三實施例、第四實施例與第五實施例的多孔碳材材料的氮氣吸附/脫附曲線；

其中，102、104、106、108、110、112～步驟。

具體實施方式