一种可用于超级电容器的碳材料的制备方法技术

本发明专利技术采用酚醛树脂为主体，采用水热法合成了酚醛树脂碳前驱体，并用泡沫镍为窄体，组装成超级电容器，在恒流条件下测试电容器的充放电时长。本发明专利技术中的酚醛树脂碳基石墨化程度较高，能为电子迁移提供快速通道，因此具有较高的电导率；并且结构复杂，具有较好的机械强度，既能提高超级电容器中的电子迁移，又有大量微孔和介孔供电子储存。本方法操作简单，用于提高碳基超级电容器的容量、安全等性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于超级电容器的碳材料的制备方法
本专利技术属于绿色储能
，具体涉及一种可用于超级电容器的碳材料的制备方法，该方法所制备的超级电容器能有效的解决电容器的容量问题，能有效提升碳基超级电容器的容量，在电容器储能领域具有广泛的应用前景。
技术介绍
目前，能源短缺随着人类发展成为越来越突出的问题。清洁能源如风能、太阳能、水能等由于具有间歇式产能的特点，一般使用化学电池转化为化学能储存起来，但是化学电池也面临着诸多问题例如(i)安全问题(ii)长时间的能量损失(iii)不能快速充放电。相对于化学电池而言，超级电容器因其具有高的功率密度和良好的循环稳定性，在大倍率下充放电性能优异，最有希望取代化学电池成为一种新型的能量存储装置。目前，碳材料是商业超级电容器中应用最多的电极材料，碳材料的电导率高、耐酸碱腐蚀、结构丰富多样。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了提供一种可用于超级电容器的碳材料的制备方法，该方法所制备的超级电容器能有效的解决电容器的容量问题，能有效提升碳基超级电容器的容量，在储能领域具有广泛的应用前景。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可用于超级电容器的碳材料的制备方法，所述制备方法包括：水热法合成了酚醛树脂碳前驱体，随后进行高温石墨化；以泡沫镍为载体制备超级电容器。在本技术方案中，本专利技术采用水热法制备了一系列的新型碳基电容器材料，通过实验设计分别得到了不同碳源、不同形貌与结构、不同孔径分布的多孔碳材料。采用扫描电镜和X射线衍射研究了碳基材料的形貌、结构，采用循环伏安法和充放电测试研究了不同因素对碳基材料超级电容器性能的影响。其中酚醛树脂碳源合成方法简单，性能优异是理想的制作超级电容器材料。本专利技术采用水热法来合成石墨化酚醛树脂碳及制备超级电容器。制备的超级电容器有以下优点：1、制备材料为碳，价格便宜可以大规模工业化生产；2、电容器性能优良：其电容超过100Fg-1。可以在-40～+50℃范围内工作；3、电容器贮存寿命长：在常温条件下电池贮存寿命超过10年，年容降约1％；4、电容器安全可靠：电容器在贮存和放电过程中无气体析出，安全性好；可以满足多种应用的要求。作为优选，所述制备方法包括以下步骤：(1)称取对苯二酚、甲醛、六水合硝酸镍在水中搅拌溶解10分钟，转移至聚四氟乙烯反应釜中在160℃真空干燥箱中反应12小时，待冷却至室温取出，得到酚醛树脂前驱体；(2)将得到的酚醛树脂前驱体在管式炉中氩气氛围下碳化，升温速率为5℃/min，到600-800℃保温1-4小时，待冷却至室温取出，使用盐酸溶液将镍洗去后离心洗涤三遍，即得到石墨化酚醛树脂碳；(3)按照石墨化酚醛树脂碳∶乙炔黑∶PVDF＝80∶10∶10的配比制作浆料；切取泡沫镍并称得质量，将搅拌12小时的浆料均匀涂覆在泡沫镍上；放入60℃烘箱中12小时取出；(4)将涂覆活性物质的泡沫镍以1mA的电流进行恒流充放电测试，得到电压随时间变化的充放电曲线，以2mVs-1的扫描速率进行CV测试得到电流随电压变化曲线。作为优选，步骤(3)中保温的温度为800℃。作为优选，步骤(1)中，按质量百分比计，1-8％的对苯二酚、0.5-5％的甲醛、5-28％六水合硝酸镍，余量为水。作为优选，步骤(3)中泡沫镍的大小为10*10cm。本专利技术有益效果是：1、采用水热法来制备石墨化酚醛树脂碳，是碳基超级电容器中比较廉价的一种，可以大量推广应用；2、电容器性能优良，其电容超过100Fg-1。可以在-40～+50℃范围内工作；3、电容器贮存寿命长：在常温条件下电池贮存寿命超过10年，年容降约1％；4、电容器安全可靠：电容器在贮存和放电过程中无气体析出，安全性好；可以满足多种应用的要求。附图说明图1是本专利技术酚醛树脂碳SEM图。图2是本专利技术不同碳化温度下酚醛树脂碳红外谱图。图3是本专利技术酚醛树脂在镍催化800℃碳化后XRD图。图4是本专利技术酚醛树脂碳制备的超级电容器充放电图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1：以石墨化酚醛树脂碳为例：本专利技术实施例提供了一种可用于超级电容器材料的制备方法，该方法包括：(1)石墨化酚醛树脂碳的制备：按质量百分比计称取1％的对苯二酚、5％的甲醛、28％六水合硝酸镍在水中搅拌溶解10分钟，将其转移至聚四氟乙烯反应釜中在160℃真空干燥箱中反应12小时，待冷却至室温取出。将得到的酚醛树脂前驱体在管式炉中氩气氛围下碳化，升温速率为5℃min-1，到800℃保温1小时，待冷却至室温取出，使用盐酸溶液将镍洗去后离心洗涤三遍，即得到石墨化酚醛树脂碳，如图1，扫描电镜图所示合成的酚醛树脂碳为带状网络。(2)按照酚醛树脂碳∶乙炔黑∶PVDF＝80∶10∶10的配比制作浆料。切取10*10cm的泡沫镍并称得质量，将搅拌12小时的浆料均匀涂覆在泡沫镍上。放入60℃烘箱中12小时取出，如图2和图3所示合成不同温度和不同时间碳化的酚醛树脂碳显示在800℃2小时合成的酚醛树脂碳石墨化程度最高。(3)电池性能测试：将涂覆活性物质的泡沫镍以1mA的电流进行恒流充放电测试，得到电压随时间变化的充放电曲线，见图4，以2mVs-1的扫描速率进行CV测试得到电流随电压变化曲线。实施例2：石墨化蔗糖碳合成为例本专利技术实施例提供了一种可用于锂离子电池的负极材料的制备方法，该方法包括：(1)石墨化蔗糖碳的制备：按质量百分比计称取1-8％的蔗糖、5-28％的六水合硝酸镍在水中搅拌溶解10分钟，将其转移至聚四氟乙烯反应釜中在160℃真空干燥箱中反应12小时，待冷却至室温取出。将得到的蔗糖碳前驱体在管式炉中氩气氛围下碳化，升温速率为5℃min-1，到600-800℃保温1-4小时，待冷却至室温取出，使用盐酸溶液将镍洗去后离心洗涤三遍，即得到石墨化蔗糖碳。(2)按照蔗糖碳∶乙炔黑∶PVDF＝80∶10∶10的配比制作浆料。切取10*10cm的泡沫镍并称得质量，将搅拌12小时的浆料均匀涂覆在泡沫镍上。放入60℃烘箱中12小时取出。(3)电池性能测试：将涂覆活性物质的泡沫镍以1mA的电流进行恒流充放电测试，得到电压随时间变化的充放电曲线，以2mVs-1的扫描速率进行CV测试得到电流随电压变化曲线。实施例一、实施例二的区别在于：成功制备了石墨化碳材料，其拥有良好的机械性能和离子电导率，并能运用于超级电容器。用不同的碳源合成的石墨化碳材料，组装成超级电容器进行恒流充放电测试，结果表明用酚醛树脂碳源制备的超级电容器的容量更高。实施例3：以石墨化酚醛树脂碳为例：本专利技术实施例提供了一种可用于超级电容器材料的制备方法，该方法包括：(1)石墨化酚醛树脂碳的制备：按质量百分比计称取8％的对苯二酚、0.5％的甲醛、5％六水合硝酸镍在水中搅拌溶解10分钟，将其转移至聚四氟乙烯反应釜中在160℃真空干燥箱中反应12小时，待冷却至室温取出。将得到的酚醛树脂前驱体在管式炉中氩气氛围下碳化，升温速率为5℃min-1，到600℃保温4小时，待冷却至室温取出，使用盐酸溶液将镍洗去后离心洗涤三遍，即得到石墨化酚醛树脂碳。(2)按照酚醛树脂碳∶乙炔黑∶PVDF＝80∶10∶10的配比制作浆料。切取10*10cm的泡沫镍并称得质量，将搅拌12小时的浆料均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用于超级电容器的碳材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：水热法合成了酚醛树脂碳前驱体，随后进行高温石墨化；以泡沫镍为载体制备超级电容器。

【技术特征摘要】
1.一种可用于超级电容器的碳材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：水热法合成了酚醛树脂碳前驱体，随后进行高温石墨化；以泡沫镍为载体制备超级电容器。2.根据权利要求1所述的一种可用于超级电容器的碳材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)称取对苯二酚、甲醛、六水合硝酸镍在水中搅拌溶解10分钟，转移至聚四氟乙烯反应釜中在160℃真空干燥箱中反应12小时，待冷却至室温取出，得到酚醛树脂前驱体；(2)将得到的酚醛树脂前驱体在管式炉中氩气氛围下碳化，升温速率为5℃/min，到600-800℃保温1-4小时，待冷却至室温取出，使用盐酸溶液将镍洗去后离心洗涤三遍，即得到石墨化酚醛树脂碳；(3)按照石墨化酚醛树脂碳∶乙炔黑∶PVDF＝80∶10∶10...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼平，黄晓明，蔡炜，金国亮，徐国华，曹元成，邓鹤鸣，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33