一种利用1,3,5-三咪唑基苯为碳源制备超级电容器的方法技术

本发明专利技术公开一种利用1,3,5‑三咪唑基苯为碳源制备超级电容器的方法，包括以下步骤：(1)将1,3,5‑三咪唑基苯放在高温炉中，在氩气或者氮气惰性气体氛围中，每分钟以5℃的加热速率从室温升温至500‑800℃，恒温1‑3h，随后自然冷却到室温，即得超级电容器专用TIB活性炭；(2)以1‑10wt％聚四氟乙烯、5‑20wt％乙炔炭黑和70‑94wt％步骤(1)制得的专用TIB活性炭为原料组分加工制成电极材料，然后采用该电极材料组装得到超级电容器。该超级电容器的电容值≥100Fg‑1，经过5000圈循环后，电容值≥90％初始值。本发明专利技术克服了原有直接掺杂含氮元素原料技术氮元素利用率低、难定量、有污染的缺陷，是具备氮元素定量、全部利用、无污染的绿色工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种利用1，3，5-三咪唑基苯为碳源制备超级电容器的方法
本专利技术涉及新能源
，具体涉及超级电容器，更为具体地说是涉及一种利用1,3,5-三咪唑基苯为新碳源制备超级电容器的方法。
技术介绍
超级电容器作为一种新型储能装置，应用领域包括电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等，有着巨大的应用价值和市场潜力。据统计，超级电容器的市场容量每年增长率超过了40％。超级电容器作为一种新型储能装置，具有超级储电能力。与传统的电池相比，它具有高度可逆，寿命超长，输出、输入功率超大，具有很宽的电压范围和工作温度范围等特点。而且与传统电解电容器相比，它的能量密度高上千倍，而漏电流小几个数量级。它兼具了电池的高能量贮存特性以及电容器的高功率输出特性。可见，如何提高电容量和耐久性是超级电容器的重要研究方向。另外，做活性炭的材料很多，但适合做超级电容器的碳源还是有限的。所以人们一直在开拓新的碳源。另一方面，活性炭掺氮可以提高活性炭超级电容器的性能，目前多用直接掺杂尿素、三聚氰胺等含氮化合物达到掺氮的目的。但是这种方法一方面氮元素利用率低，在活性炭材料中N不容易定量，另一方面未利用的掺杂原料不易去除，造成二次污染,不符合绿色工艺生产标准。
技术实现思路
基于上述技术问题，本专利技术提供一种利用1,3,5-三咪唑基苯为碳源制备超级电容器的方法。本专利技术所采用的技术解决方案是：一种利用1,3,5-三咪唑基苯为碳源制备超级电容器的方法，包括以下步骤：(1)将1,3,5-三咪唑基苯放在高温炉中，在氩气或者氮气惰性气体氛围中，每分钟以5℃的加热速率从室温升温至500-800℃，恒温1-3h，随后自然冷却到室温，即得超级电容器专用TIB活性炭；(2)以1-10wt％聚四氟乙烯、5-20wt％乙炔炭黑和70-94wt％步骤(1)制得的专用TIB活性炭为原料组分加工制成电极材料，然后采用该电极材料组装得到超级电容器。优选的，步骤(1)中：TIB活性炭的制备条件是在600-700℃，恒温1-3h。更加优选，TIB活性炭的制备条件是在600℃，恒温2h。优选的，步骤(2)中，超级电容器的电极材料由以下重量份的原料组分组成：75-85份TIB活性炭、5-8份聚四氟乙烯和10-15份乙炔炭黑。更加优选，超级电容器的电极材料由以下重量份的原料组分组成：80份TIB活性炭、5份聚四氟乙烯和15份乙炔炭黑。本专利技术的有益技术效果是：(1)TIB通常作为合成配位化合物的配位体，本专利技术拓展了它作为超级电容器新碳源的用途；(2)作为新碳源，由于TIB中的氮元素不仅是定量，而且是以分子、原子尺寸上的分散于碳原子中。所以它克服了原有直接掺杂含氮元素原料(如尿素、三聚氰胺)技术氮元素利用率低、难定量、有污染的缺陷，是具备氮元素定量、全部利用、无污染的绿色工艺。(3)本专利技术所得超级电容器在0.1Ag-1的电流密度下，电容值≥100Fg-1，经过5000圈循环后，电容值≥90％初始值。附图说明图1为实施例1-4四种温度下制备的TIB活性炭的热稳定性TG曲线；图2为实施例1-4四种温度下制备的超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安法曲线；图3为实施例1-4四种温度下制备的超级电容器在不同电流密度下的具有超级电容器特征的三角形充放电曲线。具体实施方式为了克服超级电容器制作用碳源有限，直接掺杂含氮元素的原料，氮元素利用率低、难定量、有污染的缺陷，本专利技术利用含有定量氮元素、具有类石墨烯特殊平面结构的1,3,5-三咪唑基苯(TIB)为新的碳源，先将其制备成专用活性炭，然后制备电极，继而组装得到超级电容器，工艺简单，绿色环保。所做超级电容器的电容值≥100Fg-1，经过5000圈循环后，电容值≥90％初始值。本专利技术公开一种利用1,3,5-三咪唑基苯(TIB)为碳源制备活性炭，继而制备超级电容器的方法。为了使本专利技术的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术所需原料均可通过商业渠道购买得到。1,3,5-三咪唑基苯(TIB)的分子结构式如下：实施例1(1)将1,3,5-三咪唑基苯(TIB)放在高温炉中，在氩气惰性气体氛围中，每分钟以5℃的加热速率从室温升温至500℃，恒温3h，自然冷却到室温，即得超级电容器专用TIB活性炭。(2)以1wt％聚四氟乙烯、5wt％乙炔炭黑和94wt％步骤(1)制得的专用TIB活性炭为原料组分加工制成电极材料，然后采用该电极材料组装得到超级电容器。所制备的超级电容器在0.1Ag-1的电流密度下，电容值88Fg-1。实施例2(1)将1,3,5-三咪唑基苯(TIB)放在高温炉中，在氩气惰性气体氛围中，每分钟以5℃的加热速率从室温升温至600℃，恒温2h，自然冷却到室温，即得超级电容器专用TIB活性炭。(2)以5wt％聚四氟乙烯、15wt％乙炔炭黑和80wt％步骤(1)制得的专用TIB活性炭为原料组分加工制成电极材料，然后采用该电极材料组装得到双电极超级电容器。所制备的超级电容器在0.1Ag-1的电流密度下，电容值103Fg-1，经过5000圈循环后，电容值为93％初始值。实施例3(1)将TIB放在高温炉中，在氮气惰性气体氛围中，每分钟以5℃的加热速率从室温升温至700℃，恒温2.5h，自然冷却到室温，即得超级电容器专用活性炭。(2)超级电容器的电极由3wt％聚四氟乙烯，10wt％乙炔炭黑和87wt％的TIB活性炭组成。所制备的超级电容器在0.1Ag-1的电流密度下，电容值101Fg-1，经过5000圈循环后，电容值为90％初始值。实施例4(1)将TIB放在高温炉中，在氮气惰性气体氛围中，每分钟以5℃的加热速率从室温升温至800℃，恒温1h，自然冷却到室温，即得超级电容器专用活性炭。(2)超级电容器的电极由10wt％聚四氟乙烯，20wt％乙炔炭黑和70wt％的TIB活性炭组成。所制备的超级电容器在0.1Ag-1的电流密度下，电容值18Fg-1。图1为实施例1-4四种温度下制备的活性炭的热稳定性TG曲线。可以看出，100℃左右材料失重10％左右的水分，说明活性炭是多孔材料，吸附空气中水分的能力比较强。100-420℃期间，材料非常稳定，420℃时材料会有较大失重反应。说明该材料的耐热性好，做成的器件适温性比较好。图2为实施例1-4用四种温度下制备的活性炭制备的TIBC超级电容器(SC-TIBC)在不同扫描速率(mV·s-1)下的循环伏安法曲线(CV)；其中由(a)-(d)扫描速率分别为(a)20mV·s-1；(b)100mV·s-1；(c)300mV·s-1；(d)500mV·s-1。通过比较，600℃下制备的活性炭电容器在100mVs-1以下中低速扫描速率时形成的闭合矩形最符合理想的充电-放电对称性超级电容器循环伏安特性电容曲线的特征。图3为实施例1-4用四种温度下制备的活性炭制备的超级电容器在不同电流密度下的具有超级电容器特征的三角形充放电曲线；其中(a)0.1Ag-1；(b)0.5Ag-1；(c)1Ag-1；(d)3Ag-1。通过比较，同CV相同，600℃下制备的活性炭电容器电容值最高。例如，电流密度为0.1Ag-1时，500℃、600℃、700℃、800℃制备的活性炭所制备的电容器之电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用1,3,5‑三咪唑基苯为碳源制备超级电容器的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将1,3,5‑三咪唑基苯放在高温炉中，在氩气或者氮气惰性气体氛围中，每分钟以5℃的加热速率从室温升温至500‑800℃，恒温1‑3h，随后自然冷却到室温，即得超级电容器专用TIB活性炭；(2)以1‑10wt％聚四氟乙烯、5‑20wt％乙炔炭黑和70‑94wt％步骤(1)制得的专用TIB活性炭为原料组分加工制成电极材料，然后采用该电极材料组装得到超级电容器。

【技术特征摘要】
1.一种利用1,3,5-三咪唑基苯为碳源制备超级电容器的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将1,3,5-三咪唑基苯放在高温炉中，在氩气或者氮气惰性气体氛围中，每分钟以5℃的加热速率从室温升温至500-800℃，恒温1-3h，随后自然冷却到室温，即得超级电容器专用TIB活性炭；(2)以1-10wt％聚四氟乙烯、5-20wt％乙炔炭黑和70-94wt％步骤(1)制得的专用TIB活性炭为原料组分加工制成电极材料，然后采用该电极材料组装得到超级电容器。2.根据权利要求1所述的一种利用1,3,5-三咪唑基苯为碳源制备超级电容器的方法，其特征在于，步骤(1)中：TIB活性炭的制备条件是在6...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子超，王慧峰，郭培志，翟奎璐，李群，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37