超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超級(jí)電容器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z的 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，超級(jí)電容器作為一種性能卓越的致密能源，成為國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家材料、電 子、化學(xué)、物理等多學(xué)科研究的最活躍的研究領(lǐng)域之一，其目標(biāo)是制備高比功率、高比容量 的致密能源所需的電極材料以及寬電化學(xué)窗的、導(dǎo)電率高的電解質(zhì)，進(jìn)而制備超大功率、超 高容量可用于動(dòng)力用途的大型超級(jí)電容器。目前主流制造超級(jí)電容器的材料是活性炭，但 活性炭的比容量和比表面積有所局限，難以實(shí)現(xiàn)更好的比容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、能夠有效提高超級(jí) 電容器比容量的超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z的制備方法。
[0004] 本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z的制備方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1、在超級(jí)電容器的K0H電解液中加入濃度為3. 0?4.OXl(T2mol/L的以下 任一種離子溶液Al3+，Li+，Zn2+，Cu2+，Pb2+ ;
[0007] 步驟2、使用上述離子溶液修飾碳?xì)饽z粉，使得碳?xì)饽z的微孔里沉積出上述離 子，從而得到超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z。
[0008] 而且，所述修飾碳?xì)饽z粉的方法為：將用Pb(N03)2溶液在真空條件下浸泡碳?xì)?凝膠，使得Pb(N03) 2溶液完全進(jìn)入碳?xì)饽z的微孔里，過(guò)濾出來(lái)游離的溶液，再加入NaOH 溶液進(jìn)行攪拌，使得碳?xì)饽z的表面上沉積Pb(0H) 2，抽濾得到沉積5?30%Pb(0H) 2的 碳?xì)饽z。
[0009] 而且，所述修飾碳?xì)饽z粉的方法為：用Pb(N03)2溶液在真空條件下浸泡碳?xì)饽?膠，使得Pb(N03) 2溶液完全進(jìn)入碳?xì)饽z的微孔里，過(guò)濾出來(lái)游離的溶液，再加入K0H溶 液，攪拌，使得碳?xì)饽z的表面上Pb(0H)2沉積，抽濾得到沉積5?30%Pb(01〇2的碳?xì)饽?膠。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0011] 1、本發(fā)明通過(guò)金屬離子在碳?xì)饽z表面進(jìn)行欠電位沉積，為電化學(xué)雙層電容器提 供法拉第準(zhǔn)電容，使用本方法制備的超級(jí)電容器與蓄電池或其他電池配合組成符合電池， 有效地解決了現(xiàn)有電池不能同時(shí)滿足高功率、大容量、快速充電要求的難題，可以應(yīng)用于航 天軍事通信等高要求領(lǐng)域，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
[0012] 2、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理以納米多孔作為超級(jí)電容器的活性物質(zhì)，具有比傳統(tǒng)的活性炭 擁有更好的比容量，同時(shí)碳?xì)饽z的結(jié)構(gòu)人工可控，可以針對(duì)要求的比表面積和孔徑進(jìn)行 有目標(biāo)的制造，所以對(duì)納米多孔碳?xì)饽z進(jìn)行欠電位沉積，擁有更大的潛力。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下對(duì)結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。
[0014] 一種超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z的制備方法，將以下任一種金屬離子 Al3+，Li+，Zn2+，Cu2+，Pb2+在碳?xì)饽z表面進(jìn)行欠電位沉積，為電化學(xué)雙層電容器提供法拉第 準(zhǔn)電容。具體包括以下步驟：
[0015] 步驟1、在超級(jí)電容器的K0H電解液中加入濃度為3. 0?4. 0Xl(T2mol/L的以下 任一種離子溶液Al3+，Li+，Zn2+，Cu2+，Pb2+ ;
[0016] 步驟2、使用上述離子溶液修飾碳?xì)饽z粉，使得碳?xì)饽z的微孔里沉積出上述離 子，從而得到超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z。
[0017] 在本步驟中，修飾碳?xì)饽z粉的方法可以以下兩種：
[0018] 方法1是：將用Pb(N03) 2溶液在真空條件下浸泡碳?xì)饽z，使得Pb(N03) 2溶液 完全進(jìn)入碳?xì)饽z的微孔里，過(guò)濾出來(lái)游離的溶液，再加入NaOH溶液進(jìn)行攪拌，使得碳?xì)?凝膠的表面上沉積Pb(0H) 2，抽濾得到沉積5?30%Pb(0H) 2的碳?xì)饽z。
[0019] 方法2是：用Pb(N03) 2溶液在真空條件下浸泡碳?xì)饽z，使得Pb(N03) 2溶液完 全進(jìn)入碳?xì)饽z的微孔里，過(guò)濾出來(lái)游離的溶液，再加入K0H溶液，攪拌，使得碳?xì)饽z的 表面上Pb(0H) 2沉積，抽濾得到沉積5?30%Pb(0H) 2的碳?xì)饽z。
[0020] 實(shí)施例1
[0021] 在超級(jí)電容器K0H電解液中加入含3.lXl(T2mol/LPb2+的Pb(Ac)2，通過(guò)超級(jí)電 容器充放電活化過(guò)程使得金屬離子以Pb(0H) 2的形式沉積在碳?xì)饽z表面上。
[0022] 實(shí)施例2
[0023] 在超級(jí)電容器K0H電解液中加入含4. 0Xl(T2mol/LPb2+的Pb(Ac)2，通過(guò)超級(jí)電 容器充放電活化過(guò)程使得金屬離子以Pb(0H) 2的形式沉積在碳?xì)饽z表面上。
[0024] 利用法拉第準(zhǔn)電容為雙層電容器提高電容的技術(shù)是非常有意義的。本發(fā)明選擇能 夠在碳?xì)饽z材料表面發(fā)生欠電位沉積的金屬離子，以提高碳?xì)饽z電極的比電容，從而 增加超級(jí)電容器的容量。單體雙層電容器以高比表面積材料，如碳?xì)饽z固/液幾面處的 雙層電容為基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)的電容器類似，電能的儲(chǔ)存是以橫快電極/溶液界面的電解制雙 層內(nèi)的充電為基礎(chǔ)的，當(dāng)把直流電壓施加到電極的界面時(shí)，電雙層就建立起儲(chǔ)存電能。儲(chǔ)存 在雙層中的電能與電極的表面積成正比，和雙層厚度成反比。電化學(xué)雙層電容器是包含一 對(duì)理想極化電極的裝置；換句話說(shuō)，只有在操作電位范圍內(nèi)部發(fā)生法拉第反應(yīng)的那些裝置 才可以認(rèn)為是電化學(xué)雙層電容器，并且所有積聚的電荷都用來(lái)形成導(dǎo)體/溶液間的雙層。 所謂的超級(jí)電容，除雙層儲(chǔ)存、電能外，還包括它在電極界面上發(fā)生的二維和準(zhǔn)二位的法拉 第反應(yīng)，這部分反應(yīng)使得電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存在界面。金屬離子在電極電位低于可逆的 平衡電極電位時(shí)才能在電極上還原為金屬，而一些金屬離子在電極電位正于可逆的平衡電 極電位時(shí)就會(huì)沉積在異種金屬的基片上，形成金屬單原子層，即所謂欠電位沉積。這個(gè)過(guò)程 不同于一般的沉積過(guò)程，形成的是金屬原子彈曾。由于電極/電解制界面的熱力學(xué)原因，欠 電位沉積，如H或Pb在稀有金屬上的單層沉積，能夠發(fā)生在新相的三維沉積之前，所以電極 的表面被部分覆蓋；這樣就形成了電吸收式準(zhǔn)電容。
[0025] 在理論上可能在碳?xì)饽z表面發(fā)生金屬離子的欠電位沉積，只要對(duì)制定的 金屬離子進(jìn)行欠電位沉積，就會(huì)對(duì)超級(jí)電容器增加容量做出可觀的貢獻(xiàn)。以Pb為 例，Pb2+在電容器中以堿性Pb(0H)2形式沉積在負(fù)極活性炭的表面上，當(dāng)電容器進(jìn) 行充放電時(shí)負(fù)極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。為電容器工作提供了法拉第準(zhǔn)電容，其負(fù)極為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z的制備方法，其特征在于，包括w下步驟： 步驟1、在超級(jí)電容器的KOH電解液中加入濃度為3. 0?4. 0X l〇-2mol/L的W下任一 種離子溶液AP，Li+，化"，Cu"，化"； 步驟2、使用上述離子溶液修飾碳?xì)饽z粉，使得碳?xì)饽z的微孔里沉積出上述離子， 從而得到超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z的制備方法，其特征在于： 所述修飾碳?xì)饽z粉的方法為；將用化（N03) 2溶液在真空條件下浸泡碳?xì)饽z，使得化 (N03)2溶液完全進(jìn)入碳?xì)饽z的微孔里，過(guò)濾出來(lái)游離的溶液，再加入化0H溶液進(jìn)行攬拌， 使得碳?xì)饽z的表面上沉積化（0H) 2,抽濾得到沉積5?30%Pb (0H) 2的碳?xì)饽z。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z的制備方法，其特征在于： 所述修飾碳?xì)饽z粉的方法為；用化(M)3)2溶液在真空條件下浸泡碳?xì)饽z，使得化(N03) 2溶液完全進(jìn)入碳?xì)饽z的微孔里，過(guò)濾出來(lái)游離的溶液，再加入KOH溶液，攬拌，使得碳?xì)?凝膠的表面上化（0H) 2沉積，抽濾得到沉積5?30%Pb (0H) 2的碳?xì)饽z。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z的制備方法，包括以下步驟：在超級(jí)電容器的KOH電解液中加入濃度為3.0～4.0×10-2mol/L的以下任一種離子溶液Al3+,Li+,Zn2+,Cu2+，Pb2+；使用上述離子溶液修飾碳?xì)饽z粉，使得碳?xì)饽z的微孔里沉積出上述離子，從而得到超級(jí)電容器的納米多孔碳?xì)饽z。本發(fā)明通過(guò)金屬離子在碳?xì)饽z表面進(jìn)行欠電位沉積，為電化學(xué)雙層電容器提供法拉第準(zhǔn)電容，使用本方法制備的超級(jí)電容器與蓄電池或其他電池配合組成符合電池，有效地解決了現(xiàn)有電池不能同時(shí)滿足高功率、大容量、快速充電要求的難題，可以應(yīng)用于航天軍事通信等高要求領(lǐng)域，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】H01G11-86
【公開(kāi)號(hào)】CN104576084
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310472425
【發(fā)明人】關(guān)大勇
【申請(qǐng)人】天津得瑞豐凱新材料科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月11日