[發明專利]一種用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法

有效

• 申請號: 201710404665.2
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107217523B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 孔凡功;趙鑫;陳洪雷;王守娟
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: D21C3/02
• 分類號: D21C3/02;D21H17/03;D21H17/64;D21H17/66;H01G11/84
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 杜鵑花

本發明特別涉及一種用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法。該用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法，以木材為前驅體，通過造紙工藝，木材經蒸煮形成漿料，再經洗滌、篩選、打漿形成紙漿，最后經抄紙過程形成纖維紙張；將纖維紙張通過化學鍍的方法完成金屬負載，在氮氣保護下，高溫煅燒形成新型雜化纖維炭紙材料。該用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法，以木材為原料，原料豐富，節能降耗，通過抄紙工藝使其結構形成纖維狀，再經簡單的化學鍍和炭化方法，高效的形成穩定的雜化炭纖維紙，拓寬了生物質能源形貌可控的研究、生物質基炭材料的制備以及超級電容器的應用領域。

技術領域

本發明涉及雜化炭纖維技術領域，特別涉及一種用于超級電容器的新型雜化纖維炭紙的制備方法。

背景技術

炭纖維具有孔隙結構發達、熱力學性能穩定、價廉且易實現產業化等優勢，被廣泛應用于超級電容器的研究，以此來應對日益嚴峻的能源和環境問題。但是由于木材結構比較復雜，傳統技術難以實現木質基炭材料形貌和孔結構的可控制備，影響其在超級電容器中的應用。

通過造紙手段將木材無定形微觀結構轉化為纖維結構，并結合雜化技術控制炭材料的結構和組成等特征，以此提高炭材料的導電性，潤濕性和活性位點，進而增強超級電容器的比電容，倍率性能和穩定性，制備出具有高能量密度和功率密度的碳基超級電容器。因此，對木材基纖維紙進行簡單高效的金屬化合物的摻雜可以優化其性能，提高材料表面活性位點從而進一步實現高能量密度和高功率密度的超級電容器的制備。

造紙作為中國具有悠久的歷史以及傳統的工藝，在國民經濟中具有一定的地位和作用，得到的紙張具有吸附能力強，柔韌性可控等優點；同時可以通過造紙工藝將木材這一無定形的微觀結構轉換為微觀纖維狀結構。同時，造紙工藝成本較低，效率很高，在很多應用方面表現出更優異的性能，已成為一種成熟傳統的商業工藝。此外，化學鍍方法，僅需浸漬的方式就可將金屬氧化物及金屬負載在纖維紙張上，進一步通過簡單的煅燒方法形成雜化纖維炭紙材料，此方法簡單，高效，具有重要的現實意義和應用價值。

歐洲專利（EP1009048）介紹了一種用于燃料電池的炭纖維紙的制備方法。主要是通過混合具有導電結構的石墨結構制備炭纖維紙，并應用于燃料電池。此方法要求的制備條件相對比較復雜，且混合會導致導電不均勻，具有一定的應用局限性。

韓國專利（KR20140092154）介紹了一種沉積Pan纖維的方法制備炭纖維，涉及到炭纖維領域。通過將Pan纖維進行沉析方法形成炭纖維紙，孔隙度大，提高了紙張增強性，且提高了紙張的彈性系數。此方法具有重要的研究意義，相對制備條件復雜，成本較高，可控性較差。

日本專利（WO2003087470）介紹了一種炭纖維與多孔炭相結合的方法制備燃料電池。此方法設計到結合反應，通過制備二次混合結合提高燃料電池性能。燃料電池的性能效果好，但耗用成本較高，且會混合不均勻，需開發一種成本低，混合均勻且高效的方法。

公開號CN102146641A的中國專利介紹了碳納米管植入法改性炭纖維紙的制造工藝。通過先分散制備好的或商業化的碳納米管，用酚醛樹脂溶液作粘接劑，把分散好的碳納米管均勻地涂覆在用傳統方法制備的炭紙表面，碳納米管就會被粘接到炭紙上，因為具有“釘扎作用”碳納米管會垂直于附著的炭紙表面，再炭化；最后還可以用化學氣相沉積的方法，通過沉積熱解炭把碳納米管牢固地固定在炭紙的表面。該發明專利可以大面積地、批量化地在炭紙表面植入碳納米管，該方法不僅成本低，操作簡單，而且可以顯著地增加碳納米管在炭紙表面的附著力，使得碳納米管不易剝落，而且不會帶入其它不利的元素。但是此方法需要涂覆、粘接再炭化的方式，使其不可控因素太多，有待于工藝簡單化。