[发明专利]一种超级电容器用分级多孔碳材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器领域，尤其涉及用于超级电容器电极材料 的多孔碳材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是介于二次电池与传统电容器之间的一种新型的高 效储能装置，具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、节能环保 等优势，已广泛应用于微电子器件、汽车启动、能量收集与存储和 军事等领域。尤其在能源领域的应用，超级电容器展现出了巨大的潜 力，受到国内外研究机构及企业的广泛关注。

超级电容器通常以多孔碳为电极材料，研究表明，多孔碳材料中 不同孔径的孔在其中所起作用不同，微孔主要提供较大比表面，中孔 为电解液离子的传输通道，大孔结构可以起到电解液缓冲池的作用， 具有一定分级多孔的碳材料对于电容器倍率效应的提升具有至关重 要的作用。然而目前对于分级多孔碳材料的合成多采用硬模板法，不 仅制备过程复杂价格昂贵，而且模板的去除也非常困难。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出了一种超级电容器用分级多 孔碳材料及其制备方法，本发明采用以下具体方案来实现：

一种超级电容器用分级多孔碳材料，所述碳材料具有分级多孔结 构，所述分级多孔结构由孔径2nm以下的微孔，2-50nm之间的中孔 以及50nm以上的大孔组成。

所述碳材料的微孔孔容占总孔容20％-50％，介孔孔容占总孔容 30％-70％。

所述碳材料的比表面积为800-2500m²/g。

所述多孔碳材料的制备方法为将活化造孔剂、生物质碳源和水混 合均匀得到混合液，再经挥发溶剂水、焙烧、冷却、洗涤和干燥处理， 得到所述的分级多孔碳材料。

所述活化造孔剂为柠檬酸钾、柠檬酸钠、抗坏血酸钠、柠檬酸钙 中的一种或两种混合。

所述生物质碳源为葡萄糖、纤维素、蔗糖、果糖、淀粉中的一种 或两种以上的混合物。

所述生物质碳源与活化造孔剂的质量比为1：10-10：1。

所述混合液中溶剂水的质量是生物质碳源与活化造孔剂总质量 的2-5倍，所述配置混合溶液过程中需搅拌1-5小时。

所述混合液经挥发溶剂水的过程具体为使混合液在70-90℃的温 度下蒸干，可以在70-90℃的水浴中蒸干。

所述焙烧、冷却过程具体为将干燥后的固体混合物置于高温管式 炉中，在惰性气氛下，从室温起以1-10℃/min的升温速率升温至 700-1100℃并保持0.5-5h后自然冷却至室温，所述惰性气氛为氮气、 氩气、氦气中的一种或两种以上的混合气。

所述洗涤过程具体为采用盐酸水溶液对焙烧、冷却后的碳材料浸 泡2-5h后真空抽滤，并采用去离子水洗至中性，所述盐酸的质量浓 度为5％-20％。

所述干燥过程是在鼓风烘箱中，70-100℃条件下干燥4-12h。

本发明针对现有技术的不足，采用柠檬酸钾、柠檬酸钠等常见的 强碱弱酸盐为活化造孔剂，以葡萄糖等为碳源，高温下强酸弱碱盐对 碳材料进行刻蚀，形成微孔，刻蚀产生的气体以及熔融态金属的流动 形成中孔及大孔，形成了分级多孔碳材料，并将其用作超级电容器电 极材料。当其用作超级电容器电极材料时，多孔碳材料中的微孔主要 提供较大比表面，中孔为电解液离子的传输通道，大孔结构可以起到 电解液缓冲池的作用，实现了超级电容器电极良好的倍率性能，在 1000mV/s^-1的扫描速率下容量保持率在75％以上。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的多孔碳材料的扫描电镜照片；

图2是本发明实施例1制备的多孔碳材料的扫描电镜照片；

图3是本发明实施例2制备的多孔碳材料在不同扫描速率下的循 环伏安曲线；

图4是本发明实施例2制备的多孔碳材料在不同扫描速率下的质 量比容量；

图5是本发明实施例2制备的多孔碳材料在不同扫描速率下的容 量保持率。

具体实施方式

实施例1