[发明专利]多孔碳材材料及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔材料，且特别是涉及多孔碳材材料及其制作方法。

背景技术

超级电容器是能量储存领域的一项革命性发展，并且将来可能在某些领域之中取代传统蓄电池。超级电容器可以说是一种随着材料科学的进步而出现的新型功率型储能组件，其为一种通过极化电解液来存储电能的新型电化学装置。超级电容器自面市以来全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业超级新秀，且超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力。

由于超级电容器具有充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长等优点，因此被定义成本世纪新型的绿色能源储存系统。从电力使用品质的观点而言，使用超级电容器有许多优于电池的地方，像是较高的功率输出、充放效率与循环寿命(＞200,000次)，此外还可以提供瞬间的功率提升与煞车时电力的回充之用，从节能的观点而言是不可或缺的辅助能源来源。此外，在不断电系统中也可以利用超级电容器放电快速的特性，而能够在断电瞬间实时提供电力以弥补电池本质上应答时间的落差。

一般来说，超级电容器的电极主要为多孔性结构，其可为具有大表面积的微纳米结构，以用于生成静电荷储存器的电双层，其是以在电容器的电极板上直接形成静电电荷的形式来储存电能，此种储存形式称为非法拉第(non-Faradic)，意指电极界面各处并未发生电子转移。

由于目前的商用超级电容器受限其碳电极材料的比表面积较小(500-1000m²/g)，因此，其能量密度偏低(＜5Wh/kg)，电容量约在5-35F/g附近。大表面积与良好孔洞性质的碳电极材料将可有效的提升超级电容器的整体效能，但是目前此种碳电极材料的制造技术(参考美国第I274453号专利)需要比较长的制造时间(大约3-7天)与较高的能量(2000℃的处理温度)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可提升电荷储存量并可快速传输电解质的电荷的多孔碳材材料。

本发明的另一目的在于提供一种简单且较短时间制作多孔碳材材料的方法。

本发明一实施方式提供一种多孔碳材材料的制作方法，包括：使一表面活性剂与一碳源材料溶于一溶剂中，以形成一有机物模板前驱物溶液；配制一硅酸盐水溶液；将有机物模板前驱物溶液倒入硅酸盐水溶液中，以析出一中间产物，中间产物包含表面活性剂、碳源材料与一氧化硅模板；对中间产物进行一加热制程，以使中间产物碳化；以及移除氧化硅模板，以形成一多孔碳材材料。

本发明一实施方式提供一种多孔碳材材料，包括：一多孔碳结构，具有多个大孔洞、多个中孔洞与多个微孔洞，其中各大孔洞的孔径大于50纳米，各中孔洞的孔径为2纳米～50纳米，各微孔洞的孔径小于2纳米，多孔碳结构的比表面积约为700～3000平方米每克，以多孔碳结构的比表面积为基准，大孔洞的比表面积的分布比例为10～35％，中孔洞的比表面积的分布比例为25～40％，微孔洞的比表面积的分布比例为30～60％。

本发明的优点在于：本发明的多孔碳材材料具有微孔洞、中孔洞、与大孔洞，因此，当将其应用于超级电容器的碳电极上时，可通过微孔洞有效提升碳电极的表面积，并通过中孔洞与大孔洞作为电解质的电荷传输管道，进而达到提升电荷储存量与快速传输电解质的电荷的功能；本发明的制作方法制作成本低廉、制作时间短且所需耗费的能量较低，因此，有利于多孔碳材材料的大量制造。

附图说明

图1绘示本发明一实施例的多孔碳材材料的制作流程图；

图2为第一实施例所制得的多孔碳材材料的穿透式电子显微镜(TEM)的影像；

图3为第二实施例所制得的多孔碳材材料的穿透式电子显微镜的影像；

图4为第三实施例所制得的多孔碳材材料的穿透式电子显微镜的影像；

图5为第四实施例所制得的多孔碳材材料的穿透式电子显微镜的影像；

图6为第五实施例所制得的多孔碳材材料的穿透式电子显微镜的影像；

图7为第六实施例所制得的多孔碳材材料的穿透式电子显微镜的影像；

图8绘示第三实施例、第四实施例与第五实施例的多孔碳材材料的氮气吸附/脱附曲线；

其中，102、104、106、108、110、112～步骤。

具体实施方式