[發明專利]一種超級電容器用形貌可控的有序層次多孔碳化鉻骨架炭材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410045799.6
• 申請日: 2014-02-09
• 公開（公告）號: CN103771392A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 王先友;趙青藍;吳春;舒洪波;高姣;張有為
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;H01G11/24;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

本發明涉及先進能源材料領域超級電容器電極材料，尤其涉及一種超級電容器用形貌可控的有序層次多孔碳化鉻骨架炭材料的制備方法。

背景技術

超級電容器是一種介于電池與傳統電容器之間的新型儲能裝置，具有循環壽命長，功率密度高，能量密度高，充放電迅速，安全系數高，環保無污染等優點，因而在電化學能源存儲領域擁有巨大的發展潛能。世界著名科技期刊美國《探索》雜志曾將超級電容器列為世界七大科技發現之一，并評價它是能量儲存領域一項劃時代的革命。

超級電容器發展的關鍵在于電極材料。碳材料是應用最為廣泛的超級電容器電極材料之一，因為其具有優異的導電性能，豐富的孔結構，較大的比表面積，穩定的化學性能以及低廉的價格。目前超級電容器中使用較多的碳材料主要有：活性炭、碳纖維、中間相碳微球、碳化物骨架炭、碳納米管等。碳化物骨架炭在上個世紀中期作為一種優異的吸附材料而受到關注，然而其獨特的納米孔結構、較窄的孔徑分布以及孔結構可調控等優點則是近年來才被發現的，而這些優點讓它在超級電容器的應用方面擁有很大的應用前景。

碳化物骨架炭通常通過利用刻蝕劑直接去除相應金屬碳化物或非金屬碳化物中的非碳原子制備得到，其中氯氣為最常用的刻蝕劑，其制備的反應原理為：

MxCy+xz2Cl2→xMClz+yC]]>

該材料最初是作為一種四氯化硅制備過程中的副產物而被發現和報道。在當時，研究者們普遍推測認為該類反應中這種副產物的價值僅僅在于燃燒后轉化成CO或者CO₂來提高氯化物的最終產率，而沒有對所生成的碳化物骨架炭做進一步的研究。碳化物骨架炭真正成為研究的熱點則是近十年的事，研究的重點是基于不同前驅體碳化物骨架炭的制備、納米孔結構控制以及在儲能、催化劑載體等新興領域的應用。目前，較為常用的碳化物前驅體為碳化硅(SiC)，碳化鈦(TiC)，碳化鈣(Ca₂C)及其多元化合物。由這些前驅體制備得到的碳化物骨架炭的一個共同特點是孔徑小，且孔道結構彎曲，不利于電解液離子在孔內的吸附和快速傳輸，因此盡管比表面積大，其能量密度并不大，倍率性能也有待提高。Thomas?Thomberg等對二元或三元碳化物的晶體結構進行了相對深入的研究，并指出Cr₃C₂，Cr₇C₃和Cr₂₃C₆可能是制備適合超級電容器應用的、孔徑大于1nm的碳化物骨架炭最好的碳化物前驅體之一。然而這種碳化鉻骨架炭是直接由商業碳化鉻作為前驅體制備得到的，它所具備的孔結構彎曲、形貌不規則，且為不具備集微孔、介孔或大孔于一體的層次多孔結構，不利于電解液離子的儲存和傳輸，因而不利于超級電容器功率特性的提升。

這種直接將商業碳化物中非碳原子刻蝕去除制備碳化物骨架炭的方法，其孔結構和孔徑一般通過改變碳化物前驅體和煅燒條件來調節。但是商業碳化物制備得到的碳化物骨架炭一般為微孔材料，形貌不規則，且其孔道結構彎曲，導致離子吸附量有限，傳輸速率低，能量密度和功率密度在高倍率條件下衰減較快，很難滿足電動車等對高能量密度與功率密度的要求。

發明內容

為了解決碳化物骨架炭微孔結構單一、形貌不規則等技術問題，本發明提供一種超級電容器用形貌可控的有序層次多孔碳化鉻骨架炭材料的制備方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案為：

一種超級電容器用形貌可控的有序層次多孔碳化鉻骨架炭材料的制備方法，包括如下步驟：