[发明专利]一种改性酚醛树脂基活性炭的制备方法及超级电容器

说明书

技术领域

本发明属于树脂材料技术领域，涉及一种改性酚醛树脂基活性炭的制备方法及超级电容器，尤其涉及一种石墨烯改性酚醛树脂基活性炭的制备方法及超级电容器。

背景技术

酚醛树脂是由酚类化合物与醛类化合物在酸或碱催化剂催化下通过缩聚反应生成的聚合物。其中最常见的是由苯酚或其同系物(如甲酚、二甲酚等)与甲醛缩合得到的树脂。按所用原料的种类和配比以及催化剂类型的不同，可分为热塑性和热固性两类树脂。热塑性酚醛树脂，是线性树脂，受热时仅熔化，而不能变为不溶不熔状态，但加入固化剂(如六次甲基四胺)后则能转变为热固性，由酚类在酸性溶液中和不足量的醛反应生成。热固性酚醛树脂是高度网状聚合物，受热时变为不溶不熔状态，由酚类在碱性溶液中和过量的醛反应生成。热固性酚醛树脂通常分为甲、乙、丙三个阶段，其中三个阶段树脂的分子量依次升高。甲阶酚醛树脂一般为液体，乙阶酚醛树脂可部分溶于乙醇，丙阶段酚醛树脂为不溶不熔的固体。

随着世界对新能源技术的重视，超级电容器得到越来越多的应用。与锂电池相比，超级电容器有充放电速度快、功率密度高、寿命长、免维护、绿色环保等特点，虽然能量密度仍然远远低于锂电池，但在功率密度方面能够弥补锂电池的短板，成为锂电池及其它二次电池的有力补充，在通信、军事、新能源汽车、国家电网、港口机械等多个领域得到了成功的应用。

超级电容器的储电能力主要取决于电极材料可用于储电的比表面积和电荷密集程度。从理论上说，电极表面积越大，电荷越密集，其容量就越大。由于多孔碳具有化学稳定性、高比表面积等特点，是目前超级电容器领域应用最广泛的材料，而活性炭又是最常用的超级电容器电极材料。

然而活性炭的比表面积，孔径分布，电导率，表面官能团，堆积密度等各项指标都会影响超级电容器的性能，因而制备高能量密度和高功率密度的电极材料一直是超级电容器领域的核心问题，这种电极材料需要有高的比表面积，合理的孔径分布以及良好的电导率。

现有文献中，采用酚醛树脂制备多孔活性炭(酚醛树脂基活性炭)已有报道，但是仍然存在比表面积小，中孔率低以及导电性低等问题。

因此，如何得到一种更加优化的酚醛树脂基活性炭材料，具有更大的比表面积，更高的中孔率以及更好的导电性，使其更适用于超级电容器电极材料，已成为领域内具有前瞻性的研究人员广泛关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种改性酚醛树脂基活性炭的制备方法及超级电容器，本发明提供的石墨烯改性酚醛树脂基活性炭的制备方法，能够有效的提高酚醛树脂基活性炭材料的比表面积、中孔率以及导电性，更适于作为超级电容炭；而且制备方法简单温和，适合大规模工业化生产。

本发明提供了一种改性酚醛树脂基活性炭的制备方法，包括以下步骤：

A)将甲阶酚醛树脂与氧化石墨烯溶液混合后，得到混合物；

B)将上述步骤得到的混合物、固化促进剂、发泡剂和表面活性剂进行发泡后，得到复合酚醛树脂泡沫；

C)在惰性气体和/或氮气的条件下，将上述步骤得到的复合酚醛树脂泡沫进行碳化后，得到碳化材料；

D)将上述步骤得到的碳化材料与碱混合后，在惰性气体和/或氮气的条件下进行活化后，得到活性炭初级产品；

E)将上述步骤得到的活性炭初级产品，在还原性气体的保护下，经过热处理后，得到改性酚醛树脂基活性炭。

优选的，所述甲阶酚醛树脂由酚类化合物和醛类化合物制备得到；

所述酚类化合物包括苯酚、甲酚、二甲酚和间苯二酚中的一种或多种；所述醛类化合物包括甲醛、多聚甲醛和糠醛中的一种或多种；

所述酚类化合物和醛类化合物的质量比为1：(1.1～1.7)。

优选的，所述氧化石墨烯与甲阶酚醛树脂的质量比为1：(50～1000)；

所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5％～3％。

优选的，所述混合为超声或超声搅拌分散；所述混合的时间为0.5～4h；

所述超声的频率为20～40KHz；所述搅拌分散的速度为小于等于8000rmp。

优选的，所述发泡的温度为50～100℃；所述发泡的时间为0.5～2h；

所述固化促进剂包括草酸、己二酸、甲磺酸、苯磺酸、硫酸、磷酸和盐酸中的一种或多种；

所述发泡剂包括氟利昂、正戊烷、石油醚和二氯甲烷中的一种或多种；

所述表面活性剂包括聚山梨酯、聚氧丙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚硅氧烷、聚氧乙烯、聚氧丙烯和十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。