[發(fā)明專利]超級(jí)電容器用石墨化多孔碳的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310008015.8
• 申請(qǐng)日: 2013-01-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103086352A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉慶雷;康丹苗;張荻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體地，涉及超級(jí)電容器用石墨化多孔碳的制備方法。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器是一種具有高功率密度，高能量密度，長(zhǎng)使用壽命的新型電能儲(chǔ)存裝置。由于其具有快速充放電的特性，在混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)力汽車、風(fēng)力發(fā)電、起重機(jī)等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。

超級(jí)電容器的工作原理包括兩種不同機(jī)制。一種是建立在溶液界面雙電層基礎(chǔ)上的雙電層電容，另一種是基于材料界面的快速法拉第過(guò)程的贗電容。雙電層電容器儲(chǔ)能的機(jī)理是正負(fù)電荷的快速聚集過(guò)程，由于這種靜電集合是簡(jiǎn)單的物理過(guò)程，沒(méi)有發(fā)生任何的化學(xué)反應(yīng)以及物質(zhì)損耗，因此速度快并且性質(zhì)穩(wěn)定。傳統(tǒng)的雙電層電容器材料主要是碳材料。多孔碳材料具有高比表面積，高的電化學(xué)穩(wěn)定性以及較好的導(dǎo)電性能，已經(jīng)作為商用超級(jí)電容器電極材料。基于贗電容的電化學(xué)電容器主要以金屬氧化物作為電極材料，最早用于電化學(xué)電容器的金屬氧化物是釕的氧化物。但由于其價(jià)格昂貴，并不適合工業(yè)化生產(chǎn)。隨后，人們對(duì)氧化錳、氧化鎳、氧化鈷、氧化鐵等材料的電容性能進(jìn)行了探索研究，發(fā)現(xiàn)這些價(jià)格較為低廉的氧化物也可以作為電化學(xué)電容器的電極材料實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。但由于氧化物本身的導(dǎo)電性差，加上不斷的反應(yīng)過(guò)程會(huì)逐漸損耗電極材料，在電容經(jīng)過(guò)一定時(shí)間使用后會(huì)出現(xiàn)明顯的性能衰退，因此，單純使用氧化物作為電極材料目前不能滿足超級(jí)電容器的使用壽命要求。

采用海藻為原材料制備多孔碳材料作為超級(jí)電容器的電極材料，最早報(bào)道于2009年Advanced?FunctionalMaterials，2009，19：1032-1039，文中報(bào)道了直接碳化海藻制備超級(jí)電容器電極材料的方法。由于海藻本身具有一定的孔道結(jié)構(gòu)和豐富的表面含氧基團(tuán)，直接碳化得到的海藻碳具有較好的電容性能。但由于直接碳化的海藻碳并不具備足夠多的微孔，對(duì)電容性能起到作用的表面積受到限制，并且成分仍然主要是無(wú)定形碳，導(dǎo)電性較差，使得其在大電流密度下的電荷傳遞受到制約。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種超級(jí)電容器用石墨化多孔碳的制備方法。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，

本發(fā)明提供一種超級(jí)電容器用石墨化多孔碳的制備方法，所述方法包括如下步驟：

步驟一，將經(jīng)活化處理的海藻碳加入過(guò)渡金屬鹽溶液中，均勻混合，得產(chǎn)物A；

步驟二，將產(chǎn)物A過(guò)濾，干燥，高溫煅燒，酸洗，干燥，得最終產(chǎn)物石墨化多孔碳。

優(yōu)選的，步驟一中，所述活化處理包括如下步驟：

步驟一，將經(jīng)高溫煅燒后的海藻加入鹽酸中，攪拌均勻，過(guò)濾，干燥，得海藻碳化粉末；

步驟二，將海藻碳化粉末加入堿溶液中，加熱，蒸干，高溫煅燒，得活化產(chǎn)物；

步驟三，將活化產(chǎn)物加入鹽酸中，攪拌均勻，過(guò)濾，干燥，即可。

優(yōu)選的，步驟一中，所述高溫煅燒為真空或惰性氣氛下煅燒1～3小時(shí)，煅燒溫度為400～900℃。

優(yōu)選的，步驟一中，所述海藻為褐藻屬的任一種藻類。

優(yōu)選的，步驟二中，所述高溫煅燒為真空或惰性氣氛下煅燒0.5～3小時(shí)，煅燒溫度為550～900℃。

優(yōu)選的，步驟二中，所述堿溶液為濃度為1～7mol/L的氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液。

優(yōu)選的，步驟一中，所述過(guò)渡金屬鹽溶液為硝酸鹽、硫酸鹽、氯鹽或草酸鹽溶液。

優(yōu)選的，步驟二中，所述高溫煅燒為真空或惰性氣氛下煅燒0.5～3小時(shí)，煅燒溫度為600～1000℃。

優(yōu)選的，所述酸洗包括如下步驟：將海藻碳粉末加入強(qiáng)酸溶液中，攪拌，調(diào)節(jié)pH為7。

優(yōu)選的，所述攪拌時(shí)間為0.5～4小時(shí)，攪拌溫度為60～80℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

（1）本發(fā)明采用海藻為原材料，通過(guò)活化海藻的方法制備活性海藻碳，并進(jìn)而原位催化出石墨化納米結(jié)構(gòu)，最終得到產(chǎn)物多孔石墨化碳；本發(fā)明制得的石墨化多孔碳既具有較大的比表面積，良好的導(dǎo)電性，因此在高電流密度下仍有強(qiáng)的能量存儲(chǔ)和釋放能力。

（2）本發(fā)明步驟簡(jiǎn)單，成本低，容易操作，效果明顯，具有較好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明石墨化多孔碳的透射電鏡示意圖；

圖2為本發(fā)明石墨化多孔碳的電容性能示意圖。

具體實(shí)施方式