[发明专利]超级电容器半球状活性炭电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料的制备方法，尤其涉及一种超级电容器半球状活性炭电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的新型储能元件，具有大容量、高功率密度及循环寿命长等特点。在电动汽车、消费电子、能源电力、交通运输及航空航天等领域都有着广泛的应用。

活性炭材料是碳基超级电容器的核心材料。它的储能机理是电荷储存在电极和电解液界面之间形成的双电层中，依靠静电荷储存能量。活性炭作为电容器电极材料依据的主要是其多孔特性，活性炭的孔结构包括大孔、中孔及微孔结构。在中孔和微孔结构中由于孔径的限制，电解液扩散及电解质的迁移速率不高，因此会限制超级电容器的充放电功率即功率密度。对于很多的应用领域，要求能够瞬间完成超大电流快速充放电，在这种情况下，现有的活性炭材料还很难满足这一要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超级电容器半球状活性炭电极材料的制备方法，该半球状活性炭电极材料能够有效提高超级电容器的功率密度。

本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为：先将葡萄糖溶解在去离子水中，再加入发泡剂，葡萄糖与发泡剂的质量比为10∶1-5，待全部溶解、充分混合后转移至高压釜中，在90-160℃水热条件下反应，反应时间为5-9h，将产物洗涤、过滤、干燥后于还原气氛保护下700-850℃进行碳化，碳化时间3-5h，自然降温冷却后研磨，得到半球状活性炭。

所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、碳酸氢钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。

本发明的优点是：方法步骤简单，反应条件温和，增大半球状活性炭材料的孔径，提高电解质离子的迁移性能，可以有效提高超级电容器的功率密度。

附图说明

图1为实施例1所得半球状活性炭SEM照片。

图2为实施例1所得半球状活性炭电极在扫描速率为100和50mv/s下的循环伏安曲线。

图3为实施例1所得半球状活性炭电极在电流密度为10、20和50mA/cm²下的恒流充放电曲线。

图4为实施例2所得半球状活性炭电极循环伏安测试曲线。

图5为实施例2所得半球状活性炭电极充放电曲线。

具体实施方式

实施例1

半球状活性炭的制备：先将10葡萄糖溶于去离子水中，再加入发泡剂十二烷基硫酸钠1g，待全部溶解后转移至高压釜中，在100℃水热条件下反应7h。将产物洗涤、过滤、干燥后于还原气氛保护下700℃碳化3h。自然降温冷却后研磨，得到半球状活性炭。图1为该样品的SEM照片，从图1中可以看出明显的半球状结构。这种方法制备出的半球状活性炭比表面积为911.21m²/g。

活性炭电极的制备：将活性炭、碳黑及聚四氟乙烯乳液按质量比65∶30∶5的比例混合均匀，调成浆状，并均匀涂敷在泡沫镍上，用粉末压片机用15MPa压力压成片，再将电极片放入120℃真空干燥箱真空干燥24小时。以饱和甘汞电极为参比电极，以2×2cm铂片电极为对电极，电解液为2M KOH溶液，在德国IM6ex电化学工作站进行活性炭电极的循环伏安及恒流充放电特性测试。从图2可以看出，循环伏安测试时该样品在电压-0.9～0.5V的范围内扫描，且呈现出比较好的矩形，当扫描速度为100mv/s时，电极的响应速率很快。图3为该电极在不同电流密度下的放电曲线，以100mA/cm²恒流充放电测试时，样品的比容达到287.89F/g。

实施例2

半球状活性炭的制备：先将葡萄糖溶于去离子水中，再加入发泡剂碳酸氢钠1g，待全部溶解后转移至高压釜中，在160℃水热条件下反应9h。将产物洗涤、过滤、干燥后于还原气氛保护下850℃碳化3h。自然降温冷却后研磨，得到半球状活性炭。这种方法制备出的半球状活性炭比表面积为851.75m²/g。

活性炭电极的制备：将活性炭、碳黑及聚四氟乙烯乳液按质量比65∶30∶5的比例混合均匀，调成浆状，并均匀涂敷在泡沫镍上，用粉末压片机用15MPa压力压成片，再将电极片放入120℃真空干燥箱真空干燥24小时。以饱和甘汞电极为参比电极，以2×2cm铂片电极为对电极，电解液为2M KOH溶液，在德国IM6ex电化学工作站进行活性炭电极的循环伏安及恒流充放电特性测试。该样品在50mV/s的扫描速率下，循环伏安曲线如图4所示，电极的功率响应特性比较好。图5是该样品电极恒流充放电测试曲线，呈现出比较好电压响应曲线。电流为20mA/cm²时，比容达到267.83F/g。