一种有机盐衍生的多孔碳电极制造技术

技术编号:21144056 阅读:35 留言:0更新日期:2019-05-18 06:01
本发明专利技术涉及一种采用无毒、低成本且非常容易获得的有机盐作为碳源,常温下一步合成具有高性能的多孔碳电极材料。所述的碳源为乙二胺四乙酸(EDTA)三钾盐,将其碳化后的衍生碳作为电极材料。直接碳化后的材料具有合理的孔径分布和优越的电化学性能,使多孔碳电极的制备过程进一步简化合成过程和降低制备成本。一步合成过程中可以加入镁盐或锌盐进一步调控,根据性能将其应用于超级电容器和电容除盐和除重金属离子领域。本发明专利技术所涉及的材料和制备方法,由于其简单低成本高性能的特点,适合在超级电容器和电容法除盐与除金属离子领域大规模推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种有机盐衍生的多孔碳电极
:本专利技术涉及超级电容器和新能源材料领域,具体涉及一种有机盐衍生的多孔碳电极的制备方法。
技术介绍
:多孔碳材料具有较高的比电容和良好的倍率特性,而且来源丰富,比表面积大,对碳材料性能有重要影响的孔结构可以通过不同的合成方法进行调控,是目前广泛研究的超级电容器电极材料。然而,它也有一定的局限性。总体来说,受限于复杂的制备方法、或较高的成本或碳源的储量等问题,实用化收到阻碍。多孔碳材料多年来一直是大量研究的对象,而且随着时代的发展,对其电化学性能和结构都要求越来越高。为了进一步提升多孔碳材料的应用,以及解决制备过程中的问题,进一步改善多孔碳电极材料的性能,需要更加绿色、简单、低成本和高性能的制备过程与碳源。一般来说,为了提高超级电容器的性能,除了增加特定的表面积之外,另一种方法是用含氧,氮或含磷的官能团改变碳材料,这可以通过赝电容效应以及改善多孔碳与电解质的润湿性来显着提高总电容。现在常用制备衍生多孔碳材料的方法为模版法或者需要活化剂,然而该方法存在几个缺点,例如其制备需要耗时较长,要用有毒或腐蚀性试剂,并且需要进一步的活化,难以扩大规模和商业化。因此,通过简便可持续且低成本的方法制备衍生多孔碳仍然是一个需要克服的挑战。
技术实现思路
:鉴于上述所指出的不足之处,本专利技术的目的在于我们提出了一种非常简单的方法,通过直接热解含氮有机盐,乙二胺四乙酸(EDTA)三钾盐,在没有活化过程的情况下,制备具有高表面积的多孔碳材料。本专利技术提出采用EDTA-3K作为原料,此原料易于得到,制备工艺简单,条件温和且成本较低。改变制备过程中一些实验参数,来改善多孔碳材料的比表面积和孔径分布,来提高比电容。所制备的多孔碳材料比表面积大,孔径可调节,且电化学性能优越。本专利技术包括如下步骤:首先取一定量EDTA-3K,在管式炉中以10℃/min的升温速率到700℃,保温1h后取出样品,冷却后除去杂质,干燥后得到衍生碳。本专利技术的意义:所述专利技术提供一种可以大规模制备多孔碳电极的原料,所提供原料自身含有氮元素,直接在一步碳化得到产物,解决了普通合成碳材料过程中的添加模版以及有毒试剂问题,符合可持续发展的需要,有望在超级电容器和新能源材料领域实现大规模使用。附图说明:图1为不同温度下所制备的多孔碳材料的比电容;图2为不同温度条件下多孔碳材料的循环伏安曲线,扫速为100mvs-1。图3为不同温度条件下所制备多孔碳材料的恒电流充放电曲线,扫速为1Ag-1。具体实施方式:实施例1:首先称取5gEDTA-3K,在管式炉中以10℃/min的升温速率到700℃,保温1h后取出样品,冷却后除去杂质,然后水洗抽滤,真空干燥后得到产品。所制备材料的比电容、循环伏安曲线和恒电流充放电曲线分别如图1-3所示。实施例2:实施例2和实施例1的材料制备过程基本相同,所不同的是碳化过程中温度不同,升温到600℃保温1h,其他过程和实施例1相同,对其性能的测试结果如图1-3所示。实施例3:本实施例的制备过程,碳化温度为800℃,其他步骤和实施例相同,其性能的测试结果如图1-3所示。本专利技术不限于以上实例,在不脱离本专利技术范围的情况下,可以进行任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所做的改变、替代,均应为等效的置换方式,以及加入添加剂调控孔结构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】
1.一种可以大规模制备多孔碳电极的有机盐,所提供原料自身含有氮元素,直接一步碳化得到产物,解决了普通合成碳材料过程中的有毒试剂和制备负责的问题。

【技术特征摘要】
1.一种可以大规模制备多孔碳电极的有机盐,所提供原料自身含有氮元素,直接一步碳化得到产物,解决了普通合成碳材料过程中的有毒试剂和制备负责的问题。2.根据权利要求1所述的一种盐衍生多孔碳电极,其特征在于:所用的原料为乙二胺四乙酸三钾盐。3.根据权利要求1和2所述的一种盐衍生多孔电极的制备方法,其特征在于:其合成过程为盐直接...

【专利技术属性】
技术研发人员:李昕许凌睿
申请(专利权)人:北京理工大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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