[发明专利]一种超级电容炭表面化学基团消除的方法

说明书

本发明公开一种超级电容炭表面化学基团消除的方法，将氢醌溶解于水中，制得氢醌溶液，然后将超级电容炭粉溶解于氢醌溶液中，磁力搅拌状态下使炭粉保持悬浮，并水浴加热回流，反应结束后过滤，将得到的炭粉进一步洗涤、干燥后即得。该方法操作简便，成本低，污染小，适合工业化制备的产品电化学性能稳定，电容量衰减低，循环使用寿命长。

技术领域

本发明涉及一种超级电容炭表面化学基团消除的方法，尤其是涉及有机系超级电容炭的表面化学基团的消除方法。

背景技术

超级电容器电极用高比表面积活性炭通常采用KOH活化法和金属催化高温水蒸气活化法来生产制备由于该反应在有氧气氛下进行，因此所制得的活性炭表面具有大量的含氧官能团，在电极充放电过程中会发生析氧、析氢等不可逆副反应，极大地影响了电容器的电容量及使用寿命，使超级电容器价格居高不下。因此，针对活性炭表面含氧官能团的消除技术成为制备性能稳定、成本低廉的电容器，从而解决电动汽车广泛使用瓶颈问题的关键技术。目前常采用的消除活性炭表面含氧官能团的去除方法主要有热处理法和化学处理法。

海军工程大学的任小孟等(任小孟,王源生,何特.石墨烯热还原程度对其电化学性能的影响[J])考察了不同温度对氧化石墨烯还原程度的影响，结果表明经过800℃热处理得到的石墨烯具有高比电容值和良好的稳定性，同时还证明了热处理过程中含氧官能团按照C-O-C＞C-OH＞COOH的顺序脱除。

太原理工大学的王永祯等(王永祯,王艳,韩非,等.还原热处理对石墨烯薄膜导电性的影响[J].新型炭材料,2012,27(4):266-270)研究表明氧化石墨烯薄膜在氩气氛围内经热处理后得到了石墨烯薄膜，导电性热处理温度随温度升高亦不断升高。类似地，具有一定含氧官能团的活性炭电极材料在保护气氛下经热处理后亦可有效地降低表面官能团尤其是羧基的相对浓度，从而减少漏电电流，提高电极稳定性。但是此方法需要极纯的惰性气氛，成本高，而且高温热处理会导致孔收缩，降低比表面积。

化学处理法则常使用强还原剂水合肼。吉林大学王新伟等(王新伟,杨艳,田宏伟,等.石墨烯的化学方法合成及其表征[J].中国科技论文在线,2011,6(3):187-190.)使用水合肼对氧化石墨烯进行还原，使氧化石墨烯中的含氧官能团和缺陷等的含量大大降低。中国专利CN201510827953公开了一种高效去除超级电容炭表面化学基团的方法及电容炭，利用水合肼中的活泼氢还原置换活性炭表面的氧、氮等原子，从而消除活性炭表面的化学基团，得到纯化的超级电容炭产品。然而水合肼价格高，且具有强烈毒性，使用水合肼作为还原剂成本高且易造成二次污染。

综上所述，活性炭表面基团若采用加热还原法，需要高纯惰性气体和高温，处理费用高，而且处理效果不佳。此外高温可造成活性炭孔隙的合并，在一定程度上降低比表面积和电化学性能；水合肼是还原炭材料表面含氧基团最常用的试剂，但水合肼价格高而且毒性大，易造成二次污染。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种超级电容炭表面化学基团消除的方法，相较于传统方法而言工艺过程简单，成本低廉，含氧官能团去除率高，可制得电化学性能稳定，使用寿命长的超级电容炭产品。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种超级电容炭表面化学基团消除的方法，包括如下步骤：

步骤一：将氢醌溶解于水中，制得氢醌溶液；

步骤二：将超级电容炭粉溶解于步骤一所得的氢醌溶液中，磁力搅拌状态下使炭粉保持悬浮，并水浴加热回流，反应结束后过滤，将得到的炭粉进一步洗涤、干燥后即制得消除表面官能团的超级电容炭。

其中，所述氢醌溶液的质量浓度为5～20％。

其中，所述超级电容炭粉与氢醌溶液的混合质量体积比为1:20～25。