超級電容器電極材料活性碳纖維的表面改性方法
【專利摘要】本發(fā)明的超級電容器電極材料活性碳纖維的表面改性方法，涉及超級電容器的【技術(shù)領(lǐng)域】。以物理活化后工業(yè)廢料級碳纖維為原樣，在30％～95％的硝酸中浸泡6～48小時(shí)；再在40～200℃下熱處理6～12小時(shí)，得到表面改性的活性碳纖維超級電容器電極材料。本發(fā)明經(jīng)過簡單的表面改性增加材料的表面活性，得到了具有較高的容量、較好倍率性能以及較穩(wěn)定的循環(huán)性能的超級電容器電極材料。
【專利說明】超級電容器電極材料活性碳纖維的表面改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及超級電容器的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超級電容器電極材料活性碳纖維的表面改性方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著石油、天然氣和煤等不可再生能源的不斷消耗殆盡，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展受其影響越來越大，我國屬于石油資源相對匱乏國家，隨著國際石油價(jià)格的不斷攀升，將對國家的經(jīng)濟(jì)和石油安全帶來嚴(yán)重影響，因此清潔能源的研究和開發(fā)對國家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的作用。
[0003]超級電容器最為一種新型的電化學(xué)儲能裝置，其具備電極材料豐富、功率密度大、充放電壽命長及安全性能高等特點(diǎn)，受到全世界科學(xué)家和政府部門的廣泛關(guān)注。超級電容本身具有快速充電的性能，可以用在一些需要快速充電的產(chǎn)品中，比如電動(dòng)車，手電筒等；大電流放電的性能可以使超級電容用在電動(dòng)工具上，例如汽車啟動(dòng)器等；除此之外它也可以作為靜態(tài)隨機(jī)存貯器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等微小電流供電的后備電源。隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，市場需求量也在逐步提高，因此如何能簡單廉價(jià)的得到高容量的電極材料成為研究關(guān)鍵。
[0004]在國際上，纖維類碳材料被認(rèn)為是與黃金同等價(jià)值的新型材料，它是繼石器和鋼鐵等金屬材料后的新材料。伴隨著需求量的上升，就不可避免的產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢料級碳纖維，而活性碳纖維又是公認(rèn)的超級電容器電極材料，但是以此為原料通過物理活化只能得到表面活性較差的活性碳纖維材料，容量較低，倍率性很差，根本無法滿足市場上的應(yīng)用需求。
[0005]本發(fā)明以物理活化后的工業(yè)廢料級碳纖維為原料，經(jīng)過簡單的表面改性增加材料的表面活性，得到了性能較好的超級電容器電極材料。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，利用現(xiàn)有的活性碳纖維材料，提供一種步驟少、工藝簡單的表面改性方法，達(dá)到了明顯提高材料電化學(xué)性能的目的。
[0007]本發(fā)明以物理活化后工業(yè)廢料級碳纖維為原料，經(jīng)過硝酸浸泡和熱處理兩個(gè)步驟得到富含表面含氧官能團(tuán)的活性碳纖維，增加了材料的的表面活性，進(jìn)而提高材料電化學(xué)性能。
[0008]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0009]一種超級電容器電極材料活性碳纖維的表面改性方法，將活性碳纖維在質(zhì)量濃度30%?95%的硝酸中浸泡6?48小時(shí)；在把浸泡過的表面包裹著硝酸的活性碳纖維在40?200°C下熱處理6?12小時(shí)，得到表面改性的活性碳纖維超級電容器電極材料。
[0010]優(yōu)選的硝酸質(zhì)量濃度是62%?68%。優(yōu)選的浸泡時(shí)間是12?18小時(shí)。浸泡時(shí)間過短影響改性的效果，但浸泡時(shí)間太長對改性也不起作用。最佳的浸泡條件是在質(zhì)量濃度65%的硝酸中浸泡12小時(shí)。
[0011]優(yōu)選的熱處理溫度是80~160°C。實(shí)驗(yàn)表明，160°C與200°C的熱處理溫度改性效果沒有太大的提高，因此，過高的熱處理溫度只能浪費(fèi)能源。實(shí)驗(yàn)表明，最佳的熱處理?xiàng)l件是在80°C下熱處理12小時(shí)。
[0012]本發(fā)明制備的表面改性的活性碳纖維電極材料具有較高的容量、較好倍率性能以及較穩(wěn)定的循環(huán)性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明中的技術(shù)方案及其制備出來材料的性能，下面給出相關(guān)圖示。
[0014]圖1為本發(fā)明的活性碳纖維表面改性流程示意圖。
[0015]圖2為活性碳纖維表面改性前后的XRD對比圖。
[0016]圖3為活性碳纖維表面改性前后的CV對比圖。
[0017]圖4為活性碳纖維表面改性前后的不同電流密度下的容量對比圖。
[0018]圖5為活性碳纖維表面改性前后在10mA/cm2的電流密度下的循環(huán)性能對比圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0019]實(shí)施例1:
[0020]將水清洗后的活性碳纖維(原樣)放入裝有65%硝酸的燒杯中浸泡，濾出得到了表面包裹著硝酸的活性碳纖維，迅速放入80°C的真空烘箱進(jìn)行熱處理12小時(shí)，取出后自然降溫得到了電極材料(硝酸65% )。
[0021]活性碳纖維材料原樣和表面改性的活性碳纖維材料分別與導(dǎo)電助劑(super P)、粘結(jié)劑(PTFE)按照質(zhì)量比85:10:5混合，搟壓成片，采用對稱電極的組裝方式組裝成扣式電容器，電解液選為常用的6M的KOH溶液。表1給出活性碳纖維表面改性前后的C、H、N、O測試結(jié)果。
[0022]表1
【權(quán)利要求】
1.一種超級電容器電極材料活性碳纖維的表面改性方法，將活性碳纖維在質(zhì)量濃度30%?95%的硝酸中浸泡6?48小時(shí)；在把浸泡過的表面包裹著硝酸的活性碳纖維在40?200°C下熱處理6?12小時(shí)，得到表面改性的活性碳纖維超級電容器電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器電極材料活性碳纖維的表面改性方法，其特征在于，所述的硝酸質(zhì)量濃度，是62%?68% ;所述的浸泡時(shí)間，是12?18小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器電極材料活性碳纖維的表面改性方法，其特征在于，所述的熱處理，溫度是80?160°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超級電容器電極材料活性碳纖維的表面改性方法，其特征在于，將活性碳纖維在質(zhì)量濃度65%的硝酸中浸泡12小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的超級電容器電極材料活性碳纖維的表面改性方法，其特征在于，所述的熱處理，是在80°C下熱處理12小時(shí)。
【文檔編號】H01G11/34GK103928239SQ201410188975
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】高宇, 王禹, 魏英進(jìn), 陳崗 申請人:吉林大學(xué)