一種超級電容器碳材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明所公開的超級電容器碳材料的制備方法，包括以下步驟：將木薯渣投入水中，加入預(yù)浸劑，預(yù)浸30分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到0.8～1MPa時維持80～90分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，升溫至1000℃，恒溫2小時，得到碳材料；將所得到的碳材料與石墨、β?環(huán)糊精混合，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，100～110℃真空干燥20～24小時，制得電池用極片。
【專利說明】
一種超級電容器碳材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超級電容器碳材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器又叫雙電層電容器，是一種電化學(xué)元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而只是在其兩個多孔的正、負(fù)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(fù)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(yīng)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(fù)離子，負(fù)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(fù)極板附近，負(fù)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(dāng)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(fù)極板存儲負(fù)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(fù)電荷在兩個不同相之間的接觸面上，以正負(fù)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(fù)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(fù)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(dá)到I?5000F，部分特殊設(shè)計的電容器甚至達(dá)到驚人的十萬法拉。
[0004]決定超級電容器性能優(yōu)劣的關(guān)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(dǎo)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(dǎo)電性和孔容都有一定的要求，導(dǎo)電性越高越好，孔體積約為1.0?1.3cm3/g。現(xiàn)有技術(shù)中，多孔碳材料導(dǎo)電性好的，成本高;成本低的，導(dǎo)電性較差。
[0005]公開號為CN101800131A的中國發(fā)明專利(【公開日】為2010年8月11日)公開了一種活性碳基材料及其制備方法，采用在惰性氣體保護(hù)下，將摻雜或不摻雜的聚苯胺聚合物在500-120(TC碳化l_24h，然后進(jìn)行高溫活化或者溶液活化處理，所述高溫活化為將碳化后的材料與活化劑在100-1000 0C下保溫0-20h，所述溶液活化為將碳化后的材料在硫酸、硝酸、鹽酸、高錳酸鉀、過氧化氫等的溶液中浸泡0.5-96h。但是，該方法制得的碳材料的比表面積仍然較小，限制了其比電容的進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供了一種超級電容器碳材料的制備方法。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明所提供的超級電容器碳材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]將木薯渣投入水中，加入預(yù)浸劑，預(yù)浸30?40分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到0.8?1.2MPa時維持80?90分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，升溫至1000?1200 °C，恒溫2?3小時，得到碳材料；
[0009]將所得到的碳材料與石墨、β-環(huán)糊精混合，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?110°C真空干燥20?24小時，制得電池用極片。
[0010]所述的預(yù)浸劑為NaOH與Na2SO3的混合物，兩者的質(zhì)量比為4:1。所述的預(yù)浸劑質(zhì)量濃度為3 %。
[0011]所述的升溫速率為10°C/分鐘。
[0012]所述的碳材料與石墨、β-環(huán)糊精的質(zhì)量比為80:10:10。
[0013]所述的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。
[0014]更進(jìn)一步的，本發(fā)明的優(yōu)選方案為:
[0015]稱取10g木薯渣投入到裝有3L水的桶中，加入預(yù)浸劑(NaOH:Na2SO3 = 4:1)，預(yù)浸劑濃度為3%，預(yù)浸30分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到0.8MPa時維持80分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，以的速率，升溫至100tC，恒溫2小時，得到碳材料；
[0016]將所得到的碳材料與石墨、粘結(jié)劑β-環(huán)糊精按照質(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。
[0017]有益效果:本發(fā)明的超級電容器用含氮碳材料的制備方法簡單，原材料成本低廉，易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。利用制得的超級電容器用含氮碳材料制備的超級電容器具有較高的比容量。
【具體實施方式】
:
[0018]實施例1
[0019]稱取10g木薯渣投入到裝有3L水的桶中，加入預(yù)浸劑(NaOH:Na2SO3 = 4:1)，預(yù)浸劑濃度為3%，預(yù)浸30分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到0.8MPa時維持80分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，以10°C/分鐘的速率，升溫至100tC，恒溫2小時，得到碳材料。
[0020]將所得到的碳材料與石墨、β-環(huán)糊精按照質(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10mV/S的速度掃描時，比電容為325F/g。
[0022]實施例2
[0023]稱取10g木薯渣投入到裝有3L水的桶中，加入預(yù)浸劑(NaOH:Na2SO3 = 4:1)，預(yù)浸劑濃度為3 %，預(yù)浸40分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到IMPa時維持80分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，以10°C/分鐘的速率，升溫至100tC，恒溫2小時，得到碳材料。
[0024]將所得到的碳材料與石墨、β-環(huán)糊精按照質(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20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。
[0025]按本實施例所制作的材料，以10mV/S的速度掃描時，比電容為335F/g。
[0026]實施例3
[0027]稱取10g木薯渣投入到裝有3L水的桶中，加入預(yù)浸劑(NaOH:Na2SO3 = 4:1)，預(yù)浸劑濃度為3 %，預(yù)浸40分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到1.2MPa時維持80分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，以10°C/分鐘的速率，升溫至100tC，恒溫2小時，得到碳材料。
[0028]將所得到的碳材料與石墨、β-環(huán)糊精按照質(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，110°c真空干燥20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。
[0029]按本實施例所制作的材料，以10mV/S的速度掃描時，比電容為333F/g。
[0030]實施例4
[0031]稱取200g木薯渣投入到裝有3L水的桶中，加入預(yù)浸劑(NaOH:Na2SO3 = 4:1)，預(yù)浸劑濃度為3 %，預(yù)浸40分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到IMPa時維持90分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，以10°C/分鐘的速率，升溫至1200°C，恒溫2小時，得到碳材料。
[0032]將所得到的碳材料與石墨、β-環(huán)糊精按照質(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，110°c真空干燥20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。
[0033]按本實施例所制作的材料，以10mV/S的速度掃描時，比電容為341F/g。
[0034]實施例5
[0035]稱取150g木薯渣投入到裝有3L水的桶中，加入預(yù)浸劑(NaOH:Na2SO3 = 4:1)，預(yù)浸劑濃度為3 %，預(yù)浸40分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到IMPa時維持90分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，以10°C/分鐘的速率，升溫至1100°C，恒溫3小時，得到碳材料。
[0036]將所得到的碳材料與石墨、β-環(huán)糊精按照質(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，110°c真空干燥22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。
[0037]按本實施例所制作的材料，以10mV/S的速度掃描時，比電容為343F/g。
[0038]實施例6
[0039]稱取120g木薯渣投入到裝有3L水的桶中，加入預(yù)浸劑(Na0H:Na2S03 = 4:l)，預(yù)浸劑濃度為3 %，預(yù)浸45分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到1.2MPa時維持80分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，以10°C/分鐘的速率，升溫至1100°C，恒溫3小時，得到碳材料。
[0040]將所得到的碳材料與石墨、β-環(huán)糊精按照質(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，110°C真空干燥22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。
[0041 ]按本實施例所制作的材料，以10mV/S的速度掃描時，比電容為339F/g。
【主權(quán)項】
1.一種超級電容器碳材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 將木薯渣投入水中，加入預(yù)浸劑，預(yù)浸30?40分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到0.8?1.2MPa時維持80?90分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，升溫至1000?12000C，恒溫2?3小時，得到碳材料； 將所得到的碳材料與石墨、β-環(huán)糊精混合，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?110°C真空干燥20?24小時，制得電池用極片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器碳材料的制備方法，其特征在于所述的預(yù)浸劑為NaOH與Na2SO3的混合物，兩者的質(zhì)量比為4:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器碳材料的制備方法，其特征在于所述的預(yù)浸劑質(zhì)量濃度為3 %。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器碳材料的制備方法，其特征在于所述的升溫速率為10 °c/分鐘。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器碳材料的制備方法，其特征在于所述的碳材料與石墨、β-環(huán)糊精的質(zhì)量比為80:10:10。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器碳材料的制備方法，其特征在于所述的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。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器碳材料的制備方法，其特征在于: 稱取10g木薯渣投入到裝有3L水的桶中，加入預(yù)浸劑(Na0H:Na2S03 = 4:1)，預(yù)浸劑濃度為3 %，預(yù)浸30分鐘；隨后裝料加熱升溫，當(dāng)壓力上升到0.SMPa時維持80分鐘，開爆破；用水清洗，擠壓烘干，在氮氣保護(hù)下，以的速率，升溫至100tC，恒溫2小時，得到碳材料;將所得到的碳材料與石墨、環(huán)糊精按照質(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。
【文檔編號】H01G11/86GK105869920SQ201610193225
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】王雙印, 嚴(yán)學(xué)慶, 許文勇, 趙榮興, 譚乃云
【申請人】揚州卡本碳能科技有限公司