[發(fā)明專利]氮氧共摻雜多孔碳納米帶及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108711518B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 鄒繼兆;余良;曾燮榕;曾紹忠;黎曉華;姚躍超;劉世鈺;涂文烜;陳雙雙
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/36;H01M4/583;C01B32/318;C01B32/342;B01D53/02;B01J27/24;B01J37/10;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 左光明

本發(fā)明公開了一種氮氧共摻雜多孔碳納米帶及其制備方法和超級電容器電極、超級電容器。所述氮氧共摻雜多孔碳納米帶制備方法包括的步驟有：將甲醛、對苯二酚在酸性溶液中進行水熱反應，得到碳納米帶前驅體；將所述碳納米帶前驅體經炭化處理和氨水活化處理，得到氮氧共摻雜多孔碳納米帶。本發(fā)明制備方法制備的氮氧共摻雜多孔碳納米帶具有較大比表面積，良好的潤濕性，高的比表面積利用率。所述超級電容器電極、超級電容器含有本發(fā)明方法制備的氮氧共摻雜多孔碳納米帶。

技術領域

本發(fā)明涉及電極材料技術領域，具體涉及一種氮氧共摻雜多孔碳納米帶及其制備方法和應用。

背景技術

隨著自然資源日益匱乏，環(huán)境污染日趨嚴重，迫使各國都在努力尋找可持續(xù)發(fā)展的新能源和先進的儲能技術。新能源和新材料也被列為我國七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)。近年來，超級電容器起引起了人們極大的關注，其是介于電池和電解電容器之間的一種新型儲能器件，與傳統(tǒng)的電容器相比，它具有更大的比容量和更高的能量密度；與電池相比，超級電容器有更長的循環(huán)使用壽命和更高的功率密度，可在大電流情況下實現(xiàn)快速充放電，在交通運輸、電子信息、國防軍工以及航空航天等領域具有廣闊的應用前景。

碳材料由于來源廣泛、導電性好以及成本相對低廉等優(yōu)點，是被認為是用于工業(yè)化超級電容器最理想的材料。碳基電化學電容器屬于典型的雙電層電容器。目前，活性炭、碳纖維、碳納米管以及石墨烯等多種碳材料被廣泛用作超級電容器研究。活性炭是研究的最多的材料，并在超級電容器中是使用的最廣泛的碳材料，因為其易制備、比表面積高和較低的生產成本，但是活性炭存在過多的微孔，且其孔徑比較單一，因而比表面積利用率十分有限，影響了電子和離子的擴散和傳輸，降低超級電容器的性能。碳纖維具有優(yōu)異的導電性且可以不使用粘結劑，但是其表觀密度較低，體積比電容不高，且價格昂貴。碳納米管雖具有優(yōu)異的導電性和機械性能，如有著多級孔結構孔徑，大小易控制，但相對較小的比表面積使得超級電容器的比容量并不高，且碳納米管的生產較為繁瑣，生產成本較高。石墨烯是近些年來被認為很有應用前景的一種材料，它具有良好的導電性，較大的比表面積和可控的孔徑大小，但是石墨烯非常容易團聚，使其性能大打折扣，直接用于超級電容器的性能并不是很好。

此外由于碳材料本身固有的疏水性，使得比表面積利用率不高，從而影響了超級電容器電極的性能。因此發(fā)展新的碳材料用于超級電容器電極是十分有必要的。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種氮氧共摻雜多孔碳納米帶及其制備方法，以解決現(xiàn)有碳材料比表面小、潤濕性差、孔徑單一、電化學性能不理想的技術問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種超級電容器電極和超級電容器，以解決現(xiàn)有超級電容器由于其電極材料的原因導致容量不高，倍率性能不理想的技術問題。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一方面，提供了一種氮氧共摻雜多孔碳納米帶的制備方法。所述氮氧共摻雜多孔碳納米帶制備方法包括以下步驟：

將甲醛、對苯二酚在酸性溶液中進行水熱反應，得到碳納米帶前驅體；

將所述碳納米帶前驅體經炭化處理和氨水活化處理，得到氮氧共摻雜多孔碳納米帶。

本發(fā)明的另一方面，提供了一種氮氧共摻雜多孔碳納米帶。所述氮氧共摻雜多孔碳納米帶為由本發(fā)明氮氧共摻雜多孔碳納米帶制備方法制備獲得。

本發(fā)明的再一方面，提供了一種超級電容器電極。所述超級電容器電極包括集流體和結合在所述集流體上的電極材料層，所述電極材料層包括電極材料、導電劑和粘結劑，其中，所述電極材料為本發(fā)明氮氧共摻雜多孔碳納米帶。

本發(fā)明的又一方面，提供了一種超級電容器。所述超級電容器包括電極，所述電極為本發(fā)明超級電容器電極。