[發明專利]一種高電化學性能碳基超級電容器電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010013527.3
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111128564A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 任鵬剛;何文維;戴忠;侯鑫
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/34;H01G11/86
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 張皎

本發明公開了一種高電化學性能碳基超級電容器電極材料的制備方法，具體為：將亞甲基藍與KOH在研缽中均勻混合，然后放入剛玉坩堝，并立即放進管式爐中，通入氮氣，進行一步法碳化和活化，洗滌，干燥，得到活性碳基超級電容器電極材料。本發明制備方法制備的活性碳基超級電容器電極材料，具有優異的電化學性能，可廣泛應用于高功率與能源存儲領域。

技術領域

本發明屬于電容器電極材料制備技術領域，具體涉及一種高電化學性能碳基超級電容器電極材料的制備方法。

背景技術

如今，化學燃料的短缺，環境污染及能源枯竭問題已引起科學家們的廣泛關注。世界各地的科學家們一直致力于開發新的可持續能源。太陽能、風能、水能和潮汐能這些新能源由于其自身自然因素的限制，往往不能達到預期的效果。因此，如何將這些能源有效的儲存并轉化，是科學家們亟待解決的問題。

超級電容器具有高的功率密度，良好的可逆性，可快速充放電并且安全環保，已被認為是一種很有前景的能量儲存和能量釋放裝置。超級電容器根據儲能機制分為雙電層電容器和法拉第贗電容器。雙電層電容器主要通過電解質離子在電極材料表面進行離子的吸脫附來實現能量存儲。而法拉第電容器是電極活性物質在電極表面進行氧化還原反應產生電容。在雙電層電容器的電極材料中，碳基材料來源廣泛，制備工藝簡單且成本低廉，已被認為是理想的電極材料。

碳基材料，具有比表面積大，導電性高，化學穩定性好等優點，已在雙電層電容器中得到了普遍應用。但是碳基材料低的能量密度一直是其無法實現商業化生產的瓶頸。而具備分級孔結構，異質摻雜及高的比表面積的碳基電極材料，可有效解決這一問題。分級孔結構主要包括微孔，介孔和大孔。電解質離子的吸附主要發生在微孔表面，介孔有利于減小離子擴散電阻，大孔可形成離子緩沖池，從而縮短離子遷移距離。因此，理想的孔徑分布可提高離子吸脫附效率，從而實現電容性能的提升。同時，異質摻雜一方面可以提高電極材料表面的潤濕性，使電極材料在電解質中充分浸潤，離子可在電解質與電極材料之間快速移動；另一方面使電極材料發生氧化還原反應，進而產生贗電容行為。但是，共摻雜的制備過程較為復雜，且很難實現均勻摻雜。亞甲基藍屬于芳香烴，本身含有氮，硫和氧等元素，且易于轉化為碳材料。另外，亞甲基藍由于附加價值低，經常未經充分處理而丟棄，造成了嚴重的環境污染和資源浪費。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高電化學性能碳基超級電容器電極材料的制備方法，制備出的電極材料具有高的能源密度及優異的電化學性能。

本發明所采用的技術方案是，一種高電化學性能碳基超級電容器電極材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、將亞甲基藍與KOH均勻混合在研缽中，之后放于管式爐中，在緩慢的氮氣流中進行一步法碳化及活化，最后以1～10℃/min速率冷卻至室溫，得到混合物；

步驟2、將步驟1中得到的混合物使用去離子水洗滌至中性，之后置于烘箱中干燥，得到碳基超級電容器電極材料。

本發明的特點還在于，

步驟1中，亞甲基藍與KOH的質量比為1～5：1～5。

步驟1中，管式爐中碳化及活化條件為：以1～5℃/min速率升溫至600～1000℃并保溫1～3h。

步驟1中，氮氣的流速為10～60mL/min。

步驟2中，干燥溫度為60～105℃，干燥時間為6～24h。

本發明的有益效果是：

本發明使用亞甲基藍作為碳源，亞甲基藍本身提供了硫源和氮源，經過一步法碳化和活化得到雜原子摻雜的碳材料，利用一步活化法賦予碳材料理想的孔徑分布并增加其比表面積；且該方法簡易、新穎、綠色環保。

附圖說明

圖1為本發明實施例1所得的碳基超級電容器電極材料MBCP的SEM圖；