超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法，包括如下步骤：1）制备高锰酸钾溶液；2）将碳材料分散在溶剂中，制备得到碳材料溶液；3）将碳材料溶液旋涂于基底上，烘干后得到碳材料旋涂基底；4）将步骤3）得到的碳材料旋涂基底在高锰酸钾溶液中浸泡反应，使高锰酸钾溶液的覆盖面大于碳材料溶液的旋涂面，反应完成后取出碳材料旋涂基底，并将附在碳材料旋涂基底表面的高锰酸钾溶液旋涂均匀，烘干后得到复合旋涂基底；5）在复合旋涂基底上重复步骤3）和步骤4），直至达到设定的层数要求；6）将步骤5）制备得到的复合旋涂基底在惰性气体保护下退火，冷却后得到超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料。

Method for preparing super thin layer carbon material double pole plate structure super capacitor electrode material

The invention discloses a method for preparing a thin layer of carbon bipolar plate material structure of the super capacitor electrode material, which comprises the following steps: 1) preparing the Potassium Permanganate solution; 2) carbon material dispersed in a solvent, the prepared carbon material solution; 3) the carbon material is spin coated on the substrate. After drying the obtained carbon materials spin coating substrate; 4) step 3) spin coated carbon material obtained substrate immersed in Potassium Permanganate solution in the reaction solution, the Potassium Permanganate coverage is larger than that of carbon material solution spin coating surface, after the completion of the reaction from carbon material spin coated substrate, and of uniform in Potassium Permanganate spin spin carbon materials coated substrate surface coating, drying to obtain the composite coating substrate; 5) in the composite coating on the substrate) repeat step 3 and step 4), until it reaches the set number of requirements; 6) step 5) prepared by the complex The composite spin coating base is annealed under inert gas protection, and the super thin electrode material of super carbon material bipolar plate structure is obtained after cooling.

【技术实现步骤摘要】
超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法
本专利技术属于电容器电极
，具体的为一种超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法。
技术介绍
新型储能材料的研发一直都是世界各国科学家的研究热点，各式各样的储能产品也逐渐的推向市场热销。体积小、便于携带、容量大、稳定性强、可多次反复利用等特点的储能器件一直都能得到人们的青睐。超级电容器作为新型的储能器件以其独特的优势应用在军事、交通、通信、医疗等生活中的各个领域。超级电容器作为与电池互补的最佳储能器件，它的主要特点在于瞬间放电能力较强，提供大功率的输出。传统的电容器主要是由于依靠物理反应完成储能过程，通过材料本身的表面积吸附电荷实现储能，这样直接限制了电容器的容量。超级电容器又名赝电容或者法拉第电容器，结合传统电容器和电池储能的特点采用氧化还原反应和物理吸附电荷相结合的方式实现储能，使得原本仅仅依靠材料表面吸附电荷来实现储能的电容器容量得到了数倍的提升。然而，制约超级电容器容量的因素众多，比如电解液、集流体等，其中以电容器本身所能提供的电压大小尤为极其重要，超级电容器之所以不能直接作为动力能源，也正是因为其容量的大小与电压成正比平方的倍数关系，而它的单体电容所能提供的电压很小，所以电位窗口的大小成为了限制其发展的技术瓶颈使得容量很难得到较大的提升。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法，能够提高电极材料的电位窗口，提升超级电容器的电压，增加超级电容器的容量。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法，包括如下步骤：1）制备高锰酸钾溶液；2）将碳材料分散在溶剂中，制备得到碳材料溶液；3）将碳材料溶液旋涂于基底上，烘干后得到碳材料旋涂基底；4）将所述步骤3）得到的碳材料旋涂基底在所述高锰酸钾溶液中浸泡反应，使高锰酸钾溶液的覆盖面大于碳材料溶液的旋涂面，反应完成后取出所述碳材料旋涂基底，并将附在所述碳材料旋涂基底表面的高锰酸钾溶液旋涂均匀，烘干后得到复合旋涂基底；5）在所述复合旋涂基底上重复步骤3）和步骤4），直至达到设定的层数要求；6）将所述步骤5）制备得到的复合旋涂基底在惰性气体保护下退火，冷却后得到超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料。进一步，所述步骤1）中制备的高锰酸钾溶液为饱和高锰酸钾溶液。进一步，所述碳材料采用可分散于溶剂中的碳元素的同素异形体。进一步，所述碳材料采用石墨烯。进一步，所述步骤4）中，所述碳材料旋涂基底在所述高锰酸钾溶液中的浸泡反应温度小于等于100℃。进一步，所述步骤5）中，将达到设定层数要求的复合旋涂基底经烘干处理。进一步，所述步骤6）中，退火温度为100~1200℃，冷却时采用自然降温冷却。进一步，退火时的升温速度为1-20℃/min。本专利技术的有益效果在于：本专利技术超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法，通过旋涂的方法使高锰酸钾和碳材料在基底上形成一层叠一层的多层结构，高锰酸钾与碳材料反应生成锰的氧化物，并且由于高锰酸钾溶液的覆盖面要大于碳材料溶液的旋涂面，使得锰的氧化物将碳材料分为多层相互隔离的超薄层，当电解液进入电极材料中，超薄层碳材料变成一虛拟的双极板，使整个电极由一系列串联的电池构成，从而大大提高了电极材料的电位窗口，将该电极材料作为超级电容器电极材料使用时，极大地提升了超级电容器的电压，能够把水系电解液的电压极限从1.23V提升至2.6V，同时保持了极大的功率和容量。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备过程示意图；图2为实施例1制备得到的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料TEM图；图3为实施例1制备得到的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的XPS图；图4为实施例1-6制备得到的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料在1mol/L浓度的硫酸锂水溶液电解液里的电化学CV图；图5为实施例1制备得到的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料在1mol/L浓度的硫酸锂水溶液电解液里不同的电压窗口下的CV图；图6为实施例1制备得到的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料在1mol/L浓度的硫酸锂水溶液电解液里不同扫数的CV图；图7为实施例1制备得到的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料在1mol/L浓度的硫酸锂水溶液电解液里不同扫数下的比电容值；图8为实施例1制备得到的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料组装成器件后，在1mol/L浓度的硫酸锂水溶液电解液里不同扫数的CV图；图9为实施例1制备得到的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料组装成器件后，在1mol/L浓度的硫酸锂水溶液电解液里不同放电倍率下的放电曲线图；图10为实施例1制备得到的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料组装成器件后，在1mol/L浓度的硫酸锂水溶液电解液里的能量密度与功率密度图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1本实施例的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：1）利用高锰酸钾粉末制备高锰酸钾饱和水溶液。2）将碳材料分散在溶剂中，制备得到碳材料溶液；其中，碳材料采用可分散于溶剂中的碳元素的同素异形体，本实施例的碳材料采用氧化石墨烯，具体的为：将石墨粉氧化为氧化石墨，再将氧化石墨超声分散为氧化石墨烯，然后将氧化石墨烯分散在水中，制备成浓度为4mg/ml的碳材料溶液。3）将碳材料溶液旋涂于基底上，烘干后得到碳材料旋涂基底。4）将步骤3）得到的碳材料旋涂基底在高锰酸钾溶液中浸泡反应，使高锰酸钾溶液的覆盖面大于碳材料溶液的旋涂面；浸泡反应温度小于等于100℃，本实施例的浸泡温度采用40℃；反应完成后取出所述碳材料旋涂基底，并将附在所述碳材料旋涂基底表面的高锰酸钾溶液旋涂均匀，烘干后得到复合旋涂基底；5）在所述复合旋涂基底上重复步骤3）和步骤4），直至达到设定的层数要求后，烘干；本实施例重复步骤3）和步骤4）的次数为15次。6）将所述步骤5）制备得到的复合旋涂基底在惰性气体保护下退火，冷却后得到超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料。本实施例的将复合基底在氩气保护下退火，退火后初始温度为50℃，升温速度为3℃/min，升温至500℃后保持30min，最后自然降温冷却，得到超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料。实施例2本实施例的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：1）利用高锰酸钾粉末制备高锰酸钾饱和水溶液。2）将碳材料分散在溶剂中，制备得到碳材料溶液；其中，碳材料采用可分散于溶剂中的碳元素的同素异形体，本实施例的碳材料采用氧化石墨烯，具体的为：将石墨粉氧化为氧化石墨，再将氧化石墨超声分散为氧化石墨烯，然后将氧化石墨烯分散在水中，制备成浓度为4mg/ml的碳材料溶液。3）将碳材料溶液旋涂于基底上，烘干后得到碳材料旋涂基底。4）将步骤3）得到的碳材料旋涂基底在高锰酸钾溶液中浸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）制备高锰酸钾溶液；2）将碳材料分散在溶剂中，制备得到碳材料溶液；3）将碳材料溶液旋涂于基底上，烘干后得到碳材料旋涂基底；4）将所述步骤3）得到的碳材料旋涂基底在所述高锰酸钾溶液中浸泡反应，使高锰酸钾溶液的覆盖面大于碳材料溶液的旋涂面，反应完成后取出所述碳材料旋涂基底，并将附在所述碳材料旋涂基底表面的高锰酸钾溶液旋涂均匀，烘干后得到复合旋涂基底；5）在所述复合旋涂基底上重复步骤3）和步骤4），直至达到设定的层数要求；6）将所述步骤5）制备得到的复合旋涂基底在惰性气体保护下退火，冷却后得到超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）制备高锰酸钾溶液；2）将碳材料分散在溶剂中，制备得到碳材料溶液；3）将碳材料溶液旋涂于基底上，烘干后得到碳材料旋涂基底；4）将所述步骤3）得到的碳材料旋涂基底在所述高锰酸钾溶液中浸泡反应，使高锰酸钾溶液的覆盖面大于碳材料溶液的旋涂面，反应完成后取出所述碳材料旋涂基底，并将附在所述碳材料旋涂基底表面的高锰酸钾溶液旋涂均匀，烘干后得到复合旋涂基底；5）在所述复合旋涂基底上重复步骤3）和步骤4），直至达到设定的层数要求；6）将所述步骤5）制备得到的复合旋涂基底在惰性气体保护下退火，冷却后得到超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料。2.根据权利要求1所述的超薄层碳材料双极板结构的超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中制备的高锰酸钾溶液为饱和高锰酸钾溶液。3.根据权利要求1所述的超薄层碳材料双极板结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长明，吴超，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50