一種超級電容器用高導電性多孔碳材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超級電容器用高導電性多孔碳材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器又叫雙電層電容器，是一種電化學元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，而只是在其兩個多孔的正、負極板上發(fā)生陰、陽離子的電吸附和脫附過程，這種儲能過程完全可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數(shù)十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。
[0003]以多孔碳為活性物質(zhì)的超級電容器原理如下:當外加電壓加到超級電容器的兩個極板上時，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲正電荷，負極板存儲負電荷，在超級電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場，這種正電荷與負電荷在兩個不同相之間的接觸面上，以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層叫做雙電層。由于電容與極板表面積成正比，而與正負電荷之間的間距成反比，而超級電容器的極板面積為多孔碳的比表面積，一般為1000~3000m2/g，比傳統(tǒng)電容器的表面積大于3~4個數(shù)量級，超級電容器中正負電荷之間的間距約為0.5nm，因此超級電容器的容量非常大，可達到1~5000F，部分特殊設計的電容器甚至達到驚人的十萬法拉。
[0004]決定超級電容器性能優(yōu)劣的關鍵材料是其電極材料，超級電容器的電極材料大都采用多孔碳材料，一般要求比表面積越高越好，對于同種類型的材料，比表面積越大，材料的導電性越低，同時孔體積越大。但超級電容器要求很高的功率密度和一定體積儲能密度，因此對材料的導電性和孔容都有一定的要求，導電性越高越好，孔體積約為1.0-1.3 cm3/go現(xiàn)有技術中，多孔碳材料導電性好的，成本高；成本低的，導電性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種超級電容器用高導電性多孔碳材料的制備方法，制備出的多孔碳材料具有高導電性，同時能夠有效降低成本。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案:
一種超級電容器用高導電性多孔碳材料的制備方法，其特征在于:將水溶性碳源溶于氧化石墨烯溶液中，配成均勻的溶液，轉入聚四氟乙烯反應釜中進行反應，自然冷卻后過濾，乙醇洗滌，干燥，得到碳前軀體包覆石墨烯的合成產(chǎn)物；
將上述碳前軀體包覆石墨烯的合成產(chǎn)物轉入管式爐中，惰性氣氛下升溫后保持恒溫，然后自然冷卻，得高導電性多孔碳材料。
[0007]聚四氟乙烯反應釜中反應溫度為120~200°C，反應時間為2~12小時。
[0008]惰性氣氛下恒溫的溫度范圍750~950°C，保溫時間為0.5-10小時。
[0009]水溶性碳源與氧化石墨烯的質(zhì)量比為8:2-59:1。
[0010]水溶性碳源為蔗糖或葡萄糖或蔗糖與葡萄糖的組合。
[0011 ] 氧化石墨烯溶液的濃度為1%。
[0012]本發(fā)明具有的有益效果:
本發(fā)明采用水熱包覆法在氧化石墨烯表面沉積碳前軀體，然后惰性氣氛下高溫碳化，碳前軀體轉化成多孔碳，同時氧化石墨烯轉化成導電性更好的石墨烯。本發(fā)明利用石墨烯作為導電骨架，石墨烯表面沉積的多孔碳作為主要的儲能表面積，一方面因為制備原料中石墨烯的含量較小，所以大幅降低了成本；另一方面石墨烯表面沉積的多孔碳貢獻絕大多數(shù)儲能比表面，同時由于直接與石墨烯相連，所以具有高導電性。通過本發(fā)明方法制備的多孔碳材料，導電性高，且大幅降低了制備成本。
[0013]本發(fā)明聚四氟乙烯反應釜中反應溫度為120~200°C，反應時間為2~12小時；惰性氣氛下恒溫的溫度范圍750~950°C，保溫時間為0.5-10小時；水溶性碳源與氧化石墨烯的質(zhì)量比為8:2~59:1，能夠進一步保證制備的多孔碳材料具有更佳的導電性。
【具體實施方式】
[0014]將水溶性碳源溶于濃度為1%的氧化石墨烯溶液中，配成均勻的溶液，轉入聚四氟乙烯反應釜中進行反應，自然冷卻后過濾，乙醇洗滌，干燥，得到碳前軀體包覆石墨烯的合成產(chǎn)物；水溶性碳源為蔗糖、葡萄糖或蔗糖與葡萄糖的組合，水溶性碳源與氧化石墨烯的質(zhì)量比為8:2~59:1。聚四氟乙烯反應釜中反應溫度為120~200°C，反應時間為2~12小時。
[0015]將上述碳前軀體包覆石墨烯的合成產(chǎn)物轉入管式爐中，惰性氣氛下升溫后保持恒溫，然后自然冷卻，得高導電性多孔碳材料。
[0016]惰性氣氛下恒溫的溫度范圍750~950°C，保溫時間為0.5-10小時。
[0017]結合實施例，進一步說明本發(fā)明的有益效果。
[0018]實施例一
步驟1:碳前軀體包覆石墨稀的合成
稱取8.0克蔗糖溶于200克1%的氧化石墨烯溶液中，配成均勻的溶液，轉入聚四氟乙烯反應釜中，在200°C反應2小時，自然冷卻后過濾，乙醇洗滌，干燥，得到黑色海綿狀粉體。
[0019]步驟2:高溫碳化
將步驟I所得產(chǎn)物轉入管式爐中，惰性氣氛下5°C /分鐘升溫950并恒溫0.5小時，自然冷卻，得高導電性多孔碳。
[0020]電化學性能測試:
將步驟2所得多孔碳與導電劑乙炔黑、粘結劑聚四氟乙烯按照質(zhì)量比80: 10: 10混合，用酒精將此混合物調(diào)制成半干料，研磨均勻并壓成片，沖成圓片，壓入兩片泡沫鎳中，100°C真空干燥24小時，制得實驗電池用極片。以鉑片為對電極，電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液，采用循環(huán)伏安法測試材料的比電容。
[0021]按本實施例所制作的材料，以lmV/s的速度掃描時；比電容為367 F/g，以10mV/S的速度掃描時；比電容高達335F/g ;以100mV/S的速度掃描時；比電容為286 F/g。
[0022]實施例二
步驟1:碳前軀體包覆石墨稀的合成稱取30.0克蔗糖溶于200克1%的氧化石墨烯溶液中，配成均勻的溶液，轉入聚四氟乙烯反應釜中，在160°C反應6小時，自然