[发明专利]一种基团修饰碳材料限域活性电解质的方法

说明书

本发明涉及一种基团修饰碳材料限域活性电解质的方法，首先利用表面改性方法将基团修饰至碳材料的表面；随后将获得的表面修饰后的碳材料使用活动电解质进行测试。本发明中，键合在碳材料表面的基团，在不引起相变的基础上大幅度提高碳基材料的导电性，可以提供快速法拉第反应的赝电容作用，增加碳基超级电容器的能量密度；采用活性电解质作为电解液，基团修饰后的碳材料通过偶极‑偶极作用，可以将活性电解质限域在电极‑电解质表面，提供额外的氧化还原反应，增加碳基超级电容器的能量密度；本发明方法过程中无粘结剂、导电剂的使用，制备流程较短，适用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种基团修饰碳材料限域活性电解质的方法，属于电化学储能技术领域。

背景技术

目前，日益严重的能源问题正在成为全世界关注的话题。尽管在过去的几年里可再生能源的发展很迅速，但可再生能源具有间歇性和随机性，因此需要更加新型高效、安全的储能装置来更加高效地利用可再生能源。

而超级电容器是介于电池和传统电容器之间的一种新型高效的储能器件，具有循环寿命长、功率密度高、安全、环境友好等优点。其功率密度比电池高出10到100倍，可瞬间释放特大电流，电动交通工具常使用超级电容器提供在启动、爬坡、加速等工况下所需的较大功率密度，可以极大地提高电动交通工具的性能。

根据电极材料的不同可将超级电容分为：碳基、导电聚合物基、金属氧化物基及其混合材料型超级电容器。其中，碳基材料由于绿色环保、成本低廉、性能稳定、导电性突出等特点受到广泛关注。但是，碳基超级电容器的能量密度问题仍处于较低的水平，因此研发高能量密度和高功率密度的碳基超级电容器仍亟待解决。

就碳基材料极片本身的改性而言，目前报道过的Adv.Mater.2015,27,3572-3578工作，通过电化学氧化法，增强碳材料的点和储存能力，从而实现了容量的提升。

除了从电极材料入手，人们还尝试在电解液中引入活性物质，通过在电极-电解液的界面处发生额外的氧化还原反应，贡献额外的容量，以此提高能量密度。KI、Na2SO3、K3[Fe(CN)6]等作为最常见的氧化还原活性物质，被Nanoscale,2011,3,5034–5040,Adv.Energy Mater.2017,7,1700668等工作广泛使用，极大地增加了电极材料的比电容。

目前基于碳材料改性的方法层出不穷，但是电容性能仍然差强人意，有待进一步研究。为此，本申请提出一种基团修饰碳材料限域活性电解质的方法，其电容性能有明显提升。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基团修饰碳材料限域活性电解质的方法，其具体的技术方案为：包括

步骤(1)利用表面改性方法将基团修饰至碳材料的表面，基团选用硼酸根时，对碳材料先进行预处理，随后进行循环的浸泡和干燥，最后使用化学气相沉积法，在碳材料表面引入硼酸根离子官能团；

步骤(2)将步骤1获得的表面修饰后的碳材料使用活性电解质进行测试。

进一步的，步骤(1)，在对有机硅烷表面修饰时，先将-OH基团修饰到碳材料的表面，再将有机硅烷修饰到碳材料的表面上。

进一步的，步骤(1)，对于烷基膦酸酯表面修饰时，先将-OH修饰到碳材料的表面，再通过液相反应将烷基膦酸酯修饰到碳材料的表面。

进一步的，步骤(1)，对于羧酸分子表面修饰时，先将-OH修饰到碳材料的表面，再通过溶剂热反应将羧酸分子修饰到碳材料的表面。

进一步的，步骤(2)，对于碳纳米管时，采用1M Na2SO4+0.03M K3[Fe(CN)6]的活性电解质。

进一步的，步骤(2)，对于多孔碳时，采用1M H2SO4+0.1M KI的活性电解质。

本发明的有益效果是：