一种超级电容器复合电极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于超级电容器的复合电极的制备方法和应用，所述的复合电极的制备方法是利用水热反应制备出“花形”碱式碳酸锌模板，然后在上述“花形”模板上涂上一层酚醛树脂，经碳化得到多孔“花形”碳球，最后利用水热反应在上述多孔“花形”碳球上生长/负载金属氧化物，经过本发明专利技术所制备的金属氧化物包覆多孔“花形”碳球或者多孔“花形”碳球负载金属氧化物可以作为超级电容器的电极材料，这种多孔“花形”结构提高了比表面积的利用率，而金属氧化物提高了比电容，可以广泛应用在超级电容器等能源器件的领域当中。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器复合电极材料的制备方法
本专利技术涉及一种新能源领域，特别涉及一种超级电容器复合电极材料的制备方法
技术介绍
化石能源被大量用于能源器件当中，由于化石能源是一种不可再生能源，同时较低的能量转化效率限制了它在电子器件中的应用和发展。而超级电容器由于具有较高电容量、能量密度大、循环寿命长和充放电速度快等优点，成为替代传统化石能源的一种新能源。具体来讲，超级电容器是一种新型的储能元件，因其容量大、可大电流快速充放电、循环寿命持久等优点，被广泛的应用于启动电源、脉冲电源、军事、移动通讯装置、计算机以及电动汽车等研究领域中。按照储能机理的不同，超级电容器可分为以下三种：双电层电容器、法拉第赝电容和混合超级电容器。双电层电容器主要是通过在电极/电解质之间的界面上所形成的双电层来储能，该类电容器具有很高的功率密度和极好的循环性能。法拉第赝电容器，主要是通过在电极的表面或体相中的二维空间发生快速可逆的化学吸附/脱附或氧化还原反应来储能，该反应的特点是有法拉第电流产生，其理论比电容和能量密度比双电层电容器高出10～100倍。目前商业化超级电容器电极材料一般采用活性炭，因为活性炭有质量轻、比表面积高、导电性好等优点，但是以活性炭为电极材料的超级电容器的比电容低，比表面积利用率低等缺点，难以满足大能量体系的设备，为了克服缺点，商业途径一般采用活性炭/金属氧化物的复合电极材料，但由于比表面积损失严重，负载率低等缺点限制了复合电极的性能，因此研究合适的负载基体材料来提高复合电极的性能是迫切需求的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，本专利技术提供了一种金属氧化物包覆多孔“花形”碳球(或者多孔“花形”碳球负载金属氧化物)的复合电极材料并将其应用在超级电容器当中。本专利技术制备的多孔“花形”碳球具有超高的比表面积以及多级孔洞结构，这种多级空洞结构提高了比表面的利用率成为金属氧化物优良的载体，同时利用“花形”碳球优异的导电性，可以提高半导体金属氧化物的导电性，而金属氧化物的赝电容性可以提高超级电容器的比容量和能量密度。本专利技术涉及的一种超级电容器复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)：配制15mg/ml的含有6个结晶水的硝酸锌溶液，然后向该溶液中加入一定量的尿素和L-天冬酰胺直至溶解，其三物质的质量比为硝酸锌:尿素:L-天冬酰胺＝1:0.5:1,将上述溶液装入聚四氟乙烯内胆的水热反应釜中，100-130℃反应3-12h。将反应得到的碱式碳酸锌经洗涤干燥待用；步骤(2)：配制8mg/ml经步骤(1)得到的碱式碳酸锌溶液，然后依次加入一定量的十八烷基溴化铵和间苯二酚以及一定体积的乙醇和氨水，其中碱式碳酸锌:十六烷基三甲基溴化铵:间苯二酚的质量比为1:4:0.7，在35℃下搅拌半小时后加入甲醛溶液，其中乙醇:甲醛的体积比为60:1，随后在35℃下反应6-12h，取出静置12h，离心分离产物干燥，将上述干燥后的物质置于管式碳化炉中在氮气的保护下以5℃/min的升温速率依次在150℃下保温1h，300℃下保温30min，800℃下保温2h，将所得的黑色粉末用1MHCl溶液洗涤数次，干燥后即可得到多孔“花形”碳球；步骤(3)：将步骤(2)中的多孔“花形”碳球加入到0.02M的金属盐溶液中，其中多孔“花形”碳球:金属盐溶液的浓度为1mg/ml，将上述溶液置于水热反应釜中，160℃反应12h，将产物洗涤干燥，即可得到金属氧化物包覆多孔“花形”碳球或者多孔“花形”碳球负载金属氧化物；步骤(4)：将步骤(3)的金属氧化物包覆多孔“花形”碳球或者多孔“花形”碳球负载金属氧化物组装成超级电容器，其所用电解液为1MNa2SO4溶液，在电化学工作站和恒流充放电仪器上分别进行电化学性能测试。所述步骤(3)中金属盐为高锰酸钾，硝酸钴中的任意一种。附图说明图1是采用本专利技术实施例1所制备的多孔“花形”碳球的SEM图具体实施方式以下通过具体的实施例对本专利技术作进一步的描述，这些实施例不应理解成对本专利技术权利要求保护范围构成限制。实施例1步骤(1)：向装有80ml去离子水的烧杯中依次加入1.2g的含有6个结晶水的硝酸锌、0.6g的尿素和1.2g的L-天冬酰胺，搅拌均匀使其充分溶解，将上述溶液装入100ml的水热釜中，130℃反应3h，将反应得到的产物洗涤干燥，即得到白色碱式碳酸锌粉末；步骤(2)：向装有100ml水的反应容器中加入0.8g步骤(1)中的碱式碳酸锌，3.45g的十六烷基三甲基溴化铵，0.525g的间苯二酚，然后向容器中倒入45ml的乙醇和0.2ml的氨水，将上述混合物在35℃下充分搅拌0.5h后滴入0.75ml的甲醛溶液，保持35℃反应6h，将所得反应物离心、洗涤、干燥后置于管式碳化炉中以5℃/min升温速率在150℃下保温1h、300℃下保温0.5h、800℃下保温2h，将所得的黑色粉末用1MHCl溶液洗涤数次，干燥后即可得到多孔“花形”碳球；步骤(3)：取0.35g步骤(2)中的多孔“花形”碳球加入到35ml浓度为0.02M的高锰酸钾溶液中，将上述溶液置于水热反应釜中，160℃反应12h，将产物洗涤干燥，即可得到氧化锰包覆多孔“花形”碳球；步骤(4)：将步骤(3)的氧化锰包覆多孔“花形”碳球组装成超级电容器，其所用电解液为1MNa2SO4溶液，在电化学工作站和恒流充放电仪器上分别进行电化学性能测试，经测试结果表明，超级电容器在充放电电流密度为1A/g时的电极比电容高达550F/g，在扫描速率为10mV/s时，比电容高达525F/g。实施例2与实施例1不同在于其步骤(1)所述的反应条件为100℃下反应5h，经测试结果表明，超级电容器在充放电电流密度为1A/g时的电极比电容高达456F/g，在扫描速率为10mV/s时，比电容高达423F/g。实施例3与实施例1不同在于步骤(2)所述的反应时间8h，经测试结果表明，超级电容器在充放电电流密度为1A/g时的电极比电容高达451F/g，在扫描速率为10mV/s时，比电容高达420F/g。实施例4与实施例1不同在于其步骤(2)所述的反应时间10h，经测试结果表明，超级电容器在充放电电流密度为1A/g时的电极比电容高达328F/g，在扫描速率为10mV/s时，比电容高达300F/g。实施例5与实施例1不同在于其步骤(3)所述的金属盐溶液为硝酸钴溶液，所得产物为多孔“花形”碳球负载氧化钴，经测试结果表明，超级电容器在充放电电流密度为1A/g时的电极比电容高达540F/g，在扫描速率为10mV/s时，比电容高达501F/g。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)：配制15mg/ml的含有6个结晶水的硝酸锌溶液，然后向该溶液中加入一定量的尿素和L‑天冬酰胺直至溶解，其三物质的质量比为硝酸锌:尿素:L‑天冬酰胺＝1:0.5:1,将上述溶液装入聚四氟乙烯内胆的水热反应釜中，100‑130℃反应3‑12h。将反应得到的碱式碳酸锌经洗涤干燥待用；步骤(2)：配制8mg/ml经步骤(1)得到的碱式碳酸锌溶液，然后依次加入一定量的十八烷基溴化铵和间苯二酚以及一定体积的乙醇和氨水，其中碱式碳酸锌:十六烷基三甲基溴化铵:间苯二酚的质量比为1:4:0.7，在35℃下搅拌半小时后加入甲醛溶液，乙醇:甲醛的体积比为60:1，随后在35℃下反应6‑12h，取出静置12h，离心分离产物干燥，将上述干燥后的物质置于管式碳化炉中在氮气的保护下以5℃/min的升温速率依次在150℃下保温1h，300℃下保温30min，800℃下保温2h，将所得的黑色粉末用1M HCl溶液洗涤数次，干燥后即可得到多孔“花形”碳球；步骤(3)：将步骤(2)中的多孔“花形”碳球加入到0.02M的金属盐溶液中，其中多孔“花形”碳球:金属盐溶液的浓度为1mg/ml，将上述溶液置于水热反应釜中，160℃反应12h，将产物洗涤干燥，即可得到金属氧化物包覆多孔“花形”碳球或者多孔“花形”碳球负载金属氧化物；步骤(4)：将步骤(3)的金属氧化物包覆多孔“花形”碳球或者多孔“花形”碳球负载金属氧化物组装成超级电容器，其所用电解液为1MNa2SO4溶液。...

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)：配制15mg/ml的含有6个结晶水的硝酸锌溶液，然后向该溶液中加入一定量的尿素和L-天冬酰胺直至溶解，其三物质的质量比为硝酸锌:尿素:L-天冬酰胺＝1:0.5:1,将上述溶液装入聚四氟乙烯内胆的水热反应釜中，100-130℃反应3-12h。将反应得到的碱式碳酸锌经洗涤干燥待用；步骤(2)：配制8mg/ml经步骤(1)得到的碱式碳酸锌溶液，然后依次加入一定量的十八烷基溴化铵和间苯二酚以及一定体积的乙醇和氨水，其中碱式碳酸锌:十六烷基三甲基溴化铵:间苯二酚的质量比为1:4:0.7，在35℃下搅拌半小时后加入甲醛溶液，乙醇:甲醛的体积比为60:1，随后在35℃下反应6-12h，取出静置12h，离心分离产物干燥，将上述干燥后的物质置于管式碳化炉中在氮气的保护下以5℃/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦改，张海燕，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44