[发明专利]用于超级电容器电极的多孔碳薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超级电容器电极的多孔碳薄膜材料的制备方法。

背景技术

超级电容器由于具有广泛的应用前景和巨大的潜在市场而成为国际能源领 域的研究热点。超级电容器主要分为双电层型超级电容器和氧化还原型超级电 容器。双电层型超级电容器的比容量主要由材料的表面积决定，其理论容量与 电极材料的比表面积成正比。目前主要是通过采用活性炭或者碳纳米管做电极 材料，其比容量大约为50～150F/g。对于用纯活性炭或者碳纳米管作为电极的超 级电容器，由于碳材料比表面积较低，其低比容问题已成为制约其作为超级电 容器电极材料的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超级电容器电极的多孔碳薄膜材料的制备方 法。

本发明是这样来实现的，其制备步骤为：

(1)首先在750-800℃沉积温度下在容器内的沉积位置处放入基片；

(2)用真空泵将容器中的空气抽出，使容器内达到高真空，即10^-7～10^-8Pa 的真空状态；

(3)向容器内通入惰性保护气体，用质量流量计控制惰性保护气体的流量 为70～80mL/s；

(4)向容器内通入还原气体，用质量流量计控制气体流量为70～80mL/s；

(5)然后向容器内通入烃类混合气体，用质量流量计控制气体流量为50～ 80mL/s；

(6)将容器加热，加热到900～1000℃时进行保温，时间持续1～2小时， 混合烃类气体的还原反应使得基底上沉积出多孔碳，即得多孔碳薄膜材料。

本发明的有益之处在于：本发明的制备方法制备多孔碳薄膜材料，其化学 气相沉积过程是在高温低压条件下进行的，高沉积温度会大幅度改善多孔碳晶 体的结晶完整性，沉积过程可以在大尺寸基片或多基片上进行；低压化学气相 沉积导致反应气体的扩散系数提高了约三个数量级，因而提高了反应气体和反 应产物的扩散能力，总的结果是将多孔碳薄膜的沉积速率提高了一个数量级以 上，薄膜厚度均匀性好、气相形核引起颗粒污染的几率小、薄膜较为致密。

此外，最大的益处在于该种多孔碳薄膜材料可直接制作电极，不需要添加 石墨、水和粘结剂等添加剂，提高了电极的导电率，同时也提高了碳材料的比 表面积，电容器输出比容量明显提高，该方法在提高碳电极的比容上具有非常 显著的效果。

具体实施方式

实施例1：

(1)首先在750℃的沉积温度下在石英管内沉积位置处放入不锈钢网；

(2)利用真空泵将石英管中的空气抽出，使石英管内达到高真空，即10^-7～ 10^-8Pa的真空状态；

(3)向石英管内通入氮气，用质量流量计控制氮气的流量为70mL/s；

(4)向石英管内通入氢气，用质量流量计控制氢气的流量为75mL/s；

(5)然后用质量流量计控制甲烷气体的流量为52mL/s、乙烯气体的流量 为60mL/s、丙烷气体的流量为70mL/s将这三种烃类气体混合均匀，将烃类混 合气体通入石英管内；

(6)对石英管加热并在950℃的温度下保温，时间持续1小时，混合烃类 气体的还原反应使得不锈钢网上沉积出多孔碳，即得多孔碳薄膜材料。

实施例2：

(1)首先在780℃的沉积温度下在石英管内沉积位置处放入镍网；

(2)利用真空泵将石英管中的空气抽出，使石英管内达到高真空，即(10^-710^-8Pa的真空状态；

(3)向石英管内通入氮气，用质量流量计控制氮气的流量为75mL/s；

(4)向石英管内通入氢气，用质量流量计控制氢气的流量为70mL/s；

(5)然后用质量流量计控制甲烷气体的流量为55mL/s、乙烯气体的流量 为65mL/s、丙烷气体的流量为70mL/s将三种烃类气体混合均匀，将烃类混合 气体通入石英管内；

(6)对石英管加热并在950℃的温度下保温，时间持续1.5小时，混合烃 类气体的还原反应使得镍网上沉积出多孔碳，即得多孔碳薄膜材料。

实施例3：

(1)首先在750℃的沉积温度下在石英管内沉积位置处放入不锈钢网；