[發明專利]一種用于超級電容器的碳點/多孔碳復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010084235.9
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111161961B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 權紅英;孫航;陳德志
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

本發明提供了一種用于超級電容器的碳點/多孔碳復合電極材料及其制備方法，所述方法包括以下步驟：S1、將氯化鋅溶解到碳點水溶液中，再加入聚丙烯腈和納米二氧化硅形成溶膠；S2、將溶膠冷凍干燥后在惰性氣體保護下進行熱裂解；S3、將熱裂解得到的產物浸入氫氟酸中除去鋅和二氧化硅得到碳點/多孔碳復合電極材料。本發明提供的制備方法工藝簡單、成本低、易于產業化推廣；制備得到的碳點/多孔碳復合電極材料用于超級電容器電極材料時，具有較高的比電容值、優異的倍率性能和良好的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及電化學儲能電極材料制備技術領域，具體涉及一種用于超級電容器的碳點/多孔碳復合電極材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器，作為介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，兼具高能量密度、高功率、壽命長等優點，引起了國內外電化學儲能裝置研究者的廣泛興趣。超級電容器因其生產成本低、環境污染小、安全性高等特點，在新能源汽車、便攜式電子設備、記憶性存儲器、航空軍事等眾多領域都具有極大的實際應用價值，而電極材料對于超級電容器性能起到決定性作用。

多孔碳具有大的比表面積、高的電導率、豐富的孔徑結構等優點，目前已經用做商業化超級電容器的電極材料。目前，國內外以多孔碳為電極材料所開發的商品化超級電容器的能量密度比傳統電池(例如：鉛酸電池35～45Wh kg^-1、鎳氫電池50～80Wh kg^-1、鋰離子電池170～200Wh kg^-1)仍小很多。低能量密度造成了每瓦時能量的價格高，不利于大規模儲能應用。因此，提升多孔碳材料的比容量對于提高超級電容器的能量密度就顯得非常重要。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明第一方面提供了一種用于超級電容器的碳點/多孔碳復合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1：先將氯化鋅溶解到碳點水溶液中，再加入聚丙烯腈和納米二氧化硅形成溶膠；

S2：將步驟S1制備得到的溶膠冷凍干燥后在惰性氣體保護下進行熱裂解；

S3：將步驟S2熱裂解得到的產物浸入氫氟酸中除去鋅和二氧化硅得到碳點/多孔碳復合電極材料。

其中，所述碳點水溶液中碳點的質量濃度為1～5g/L。

優選地，所述碳點水溶液中碳點的質量濃度為1.5g/L，2g/L，2.5g/L，3g/L，3.5g/L，4g/L，4.5g/L。

其中，所述氯化鋅、所述碳點水溶液、所述聚丙烯腈和所述納米二氧化硅的質量比為100～25:1～20:2～10:1～5。

其中，所述熱裂解的溫度為700～900℃，升溫速率為1～5℃/min。

優選地，所述熱裂解的溫度為750℃，800℃，850℃。

其中，所述熱裂解的時間為1～6h。

優選地，所述熱裂解的時間為2h，2.5h，3h，3.5h，4h，4.5h，5h，5.5h。

其中，所述氫氟酸的濃度為15-40wt％。

優選地，所述氫氟酸的濃度為20wt％，25wt％，30wt％，35wt％。

其中，熱裂解得到的產物在氫氟酸中浸泡的時間為8-24h。

優選地，熱裂解得到的產物在氫氟酸中浸泡的時間為10h，12h，14h，16h，18h，20h，22h。

其中，所述聚丙烯腈的聚合度大于或等于2500。

其中，所述納米二氧化硅的尺寸為5～50nm。