[发明专利]一种三维氮掺杂碳泡沫复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明属于存储材料制备技术领域，具体为一种三维氮掺杂碳泡沫复合电极材料及其制备方法。本发明制备方法首先将氯化铁和盐酸加入去离子水中，并充分混合；接着将三聚氰胺泡沫(MS)浸入其中，再加入一定量的苯胺单体，在20‑90℃下搅拌10‑24h后离洗涤、干燥得到产物；最后将得到的产物在煅烧即得到三维氮掺杂碳泡沫复合电极材料。本发明制备方法简单可靠、成本低、环境友好。得到的氮掺杂碳泡沫复合材料具有比表面积大、循环性能优异而且氮掺杂使表面电荷存储快速反应，是理想的新能源材料，可作为电极材料。

技术领域

本发明涉及一种三维氮掺杂碳泡沫复合电极材料及其制备方法，属于能源存储材料制备技术领域。

背景技术

超级电容器是一种高能量电能存储元件，具有传统介电电容和电池的特性，同时也具备超大电容、充放电时间短、使用寿命长、维护成本低、环境友好等优点，被视为本世纪最有希望的新型绿色能源。

超级电容器器，又叫电化学电容器，包括双电层电容器和赝电容器，它是通过极化电解质来储能，是一种电化学元件，且储能过程是可逆的。其中电极材料是电容器的核心部件。当前，碳材料的超级电容器因其较大的比表面积和导电性得到了快速的发展，但由于其比电容小、能量密度低等特点，极大地限制了其的应用。氮掺杂多孔碳材料能提供用于容纳电荷的高表面积的多孔结构，掺杂氮的碳原子提供了更强的电解质润湿性和电子导电性，同时具有高循环性，可以更好的弥补碳材料在电容器应用方面的不足。

因此，我们希望通过一种高效环保的方法制备出一种可用于超级电容器，具有较大的比表面积、超大电容、较长的使用寿命的三维氮掺杂碳泡沫复合电极材料，并将其应用在超级电容器上。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是在于提供一种简单易行的制备三维氮掺杂碳泡沫电极材料及其方法。本发明采用浸渍-煅烧方法制备，得到的三维氮掺杂碳泡沫电极材料形貌可控，结构均一。

本发明的技术方案具体如下。

一种三维氮掺杂碳泡沫复合电极材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将5-15mmol的氯化铁六水合物加入15-25ml 0.5-1.5mol/l的盐酸中，超声30-60min；

(2)将三聚氰胺泡沫浸入步骤(1)中混合溶液中，并加入0.1-2g的苯胺单体，在20-50℃的温度下搅拌10-24h；

(3)将步骤(2)中的产物用去离子水和无水乙醇洗涤后，然后在20-90℃下真空干燥12-24h；

(4)将步骤(3)中处理后的产物以5-8℃的升温速度升至700-900℃，在惰性气体保护下煅烧1-2h，之后自然冷却至室温，即得到三维氮掺杂碳泡沫复合电极材料。

上述步骤(1)中，超声功率为200-500W。

上述步骤(2)中，搅拌速度应为100-800r/min的缓慢搅拌。

上述步骤(2)中，三聚氰胺泡沫的尺寸为2×2×2-5×5×5cm³。

上述步骤(2)中，苯胺单体的质量为0.5-1.5g。

上述步骤(2)中，温度为20-35℃。

上述步骤(4)中，惰性气体为氮气或氦气中任一种。

本发明还提供一种上述的制备方法制得的三维氮掺杂碳泡沫复合电极材料。

本发明得到的三维氮掺杂碳泡沫复合电极材料呈海绵泡沫状，是一种分级多孔结构，具有大的比表面积、优异的循环性能，且碳氮掺杂使表面电荷存储快速反应，缩短了运输路径，是理想的能源材料之一，可用作电极材料。

与现有的制备方法相比，本发明的有益效果如下所述：