一种碳布作为柔性超级电容器电极材料及制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种碳布作为柔性超级电容器电极材料及制备方法与应用。所述制备方法通过简单高效的方法将碳布置于含氧气氛下煅烧，即得到具有高比电容的柔性碳布超级电容器电极材料。本发明专利技术制备的柔性碳布作为一种超级电容器电极材料在煅烧过程中提高了表面粗糙度和比表面积，提升了微孔丰富度，使得在水系电解液中具有较高的电势窗口和比容量，在长期循环下容量比原有基础上有所提升，20000圈以后容量保持率达118%，具有良好的稳定性，同时在煅烧和循环后都可以保持碳布原有结构和柔韧性。所述制备方法简单高效，在超级电容器应用中具有良好的实用价值。

A Carbon Cloth as Electrode Material of Flexible Supercapacitor and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种碳布作为柔性超级电容器电极材料及制备方法与应用
本专利技术属于超级电容器电极材料
，尤其涉及一种碳布作为柔性超级电容器电极材料及制备方法应用。
技术介绍
由于石油，煤化，天然气等不可再生资源的日益减少以及环境的污染日益严重，全球对绿色储能器件的研究越来越关注，其中超级电容器因其具有高的功率密度，优异的循环稳定性和对环境友好等优点从众多储能器件中脱颖而出。超级电容器在新能源汽车上可以有广泛的应用，如巴士，汽车，铁路，火车等，其大功率密度，高效率以及使用寿命长等特性为用户提供了高性能和节能减排解决方案。超级电容器可以分为双电层电容器，赝电容电容器和混合型电容器，赝电容电容器是利用表面快速发生可逆的氧化还原反应，并不发生相变，所以可以快速储能，但正是由于其电荷储能机制是基于氧化还原过程，与传统电池相似，这些材料也具有长时间稳定性差和循环寿命差的缺点。双电层电容器基于离子在电极材料和电解液界面的静电吸脱附进行储能，目前研究和应用最广泛的碳材料具有高比表面积、丰富的微孔结构、良好的电导率等优点，并且碳材料来源丰富成本低廉，所以在电化学电容器市场上占领了较大的位置。碳布，是由聚丙烯腈等高分子纤维经碳化纺织而成，碳含量高达95%以上，具有良好的柔韧性，高稳定性，高电导率以及对环境友好安全可靠等优点。碳布作为超级电容器电极材料来讲，具有较高的电势窗口，不需要集流体作为支撑，碳布本身具有柔性自支撑的特点，避免了导电剂和粘结剂对电极材料的影响。但因碳布纤维表面光滑、比表面积小，其比容量相对其他碳材料较低，所以需要对碳布进行活化处理，使其可以具有相对较大的比表面积，增加微孔丰富度，并保持原有导电性良好等优点不变，进而获得具有良好电化学性能的碳布电极材料。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种碳布作为柔性超级电容器电极材料及制备方法与应用。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。本专利技术提供了一种碳布作为柔性超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将碳布在含氧气氛下煅烧，保温，然后冷却至室温；（2）将步骤（1）处理后的碳布用水冲洗至洗液透明无杂质，干燥，得煅烧后碳布，为柔性超级电容器电极材料。优选地，步骤（1）含氧气氛为空气或氧气。优选地，步骤（1）煅烧时升温速率为（2~10）℃/min。优选地，步骤（1）煅烧温度为（400~600）℃。优选地，步骤（1）反应保温时间为（2～3）h。优选地，步骤（1）所述冷却为自然冷却。优选地，步骤（2）冲洗所用的水为去离子水或蒸馏水。本专利技术还提供了一种所述制备方法制得的柔性超级电容器电极材料。本专利技术还提供了一种所述柔性超级电容器电极材料在超级电容器电极制备中的应用。和现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种简单高效的碳布作为柔性超级电容器电极材料的制备，通过在含氧气氛中煅烧，在煅烧过程中同时实现了提高碳布比表面积，提升微孔丰富度，保持原有形貌和柔韧度。其在1mol/LH2SO4电解液中测试，当电流密度为0.5A/g时，质量比电容可达255F/g，在高电流密度下长期循环20000圈以后容量达到118%左右，作为超级电容器电极材料表现出了优异的电化学性能。附图说明图1为本专利技术实施例1中所得煅烧后碳布氮气等温吸脱附曲线。图2为本专利技术实施例1中所得煅烧后碳布的孔径分布曲线。图3为本专利技术实施例1中所得煅烧后碳布的拉曼光谱图。图4为本专利技术实施例1中所得煅烧后碳布的SEM图。图5为煅烧前碳布的SEM图。图6为本专利技术实施例1中所得煅烧后碳布在不同扫描速率下的循环伏安曲线。图7为本专利技术实施例1中所得煅烧后碳布和煅烧前碳布在50mV/s的扫描速率下电化学性能对比曲线。图8为本专利技术实施例1中所得煅烧后碳布在不同电流密度下的恒流充放电曲线。图9为本专利技术实施例1中所得煅烧后碳布在15A/g的高电流密度下的长期循环曲线。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1取3×5cm2的碳布置于马弗炉内在氧气气氛下以2℃/min的升温速率升温至450℃，保温2h，然后自然冷却至室温，再用去离子水冲洗至洗液透明无杂质，干燥，得煅烧后碳布，为柔性超级电容器电极材料。其物化性能表征见图1-3，从图1和图2中可以看出，通过氮气吸脱附测试得到煅烧后碳布比表面积由0.2m2/g提高到951m2/g，孔径大小主要分布在0.7nm左右。图3从拉曼图中表示经过煅烧后碳布无序度增加，这是碳布在高温中和空气发生反应，引入含氧官能团并破坏了表面结构所致。图4和图5对比表明了在450℃煅烧2h后碳布可以增加微孔丰富度。并且将煅烧后碳布通过90°、180°以及折叠扭曲后均能恢复原状，说明煅烧后碳布保持良好的柔性。将制备所得的碳布作为超级电容器电极材料进行电化学性能测试：以电解液为1mol/L的H2SO4溶液进行三电极测试（参比电极为Ag/AgCl电极），电压范围为-0.6~1.2V，电势窗口达1.8V。测试结果如图所示，图6为煅烧前碳布和煅烧后碳布在50mV/s的扫描速率下电化学性能对比，可以看出煅烧后碳布质量比电容由之前的2F/g显著提升到255F/g，图7为煅烧后碳布在不同扫描速率下的循环伏安曲线对比图，图8为煅烧后碳布在不同电流密度下的恒流充放电曲线的对比图；图9显示在20000圈长期循环以后容量保持率可达118%左右。实施例2取3×5cm2的碳布置于马弗炉中内在氧气气氛下以5℃/min的升温速率升温至450℃，保温3h，然后自然冷却至室温，再用去离子水冲洗至洗液透明无杂质，干燥，得煅烧后碳布，为柔性超级电容器电极材料。本实施例制备的柔性碳布与实施例1所得材料形貌相似，作为柔性超级电容器电极材料在电化学性能，均要优于煅烧前的碳布以及商业化生产的超级电容器电极材料。材料相关形貌结构与性能参数可参照实施例1中的相应附图。实施例3取3×5cm2的碳布置于马弗炉中内在氧气气氛下以10℃/min的升温速率升温至400℃，保温2h，然后自然冷却至室温，再用去离子水冲洗至洗液透明无杂质，干燥，得煅烧后碳布，为柔性超级电容器电极材料。本实施例制备的柔性碳布与实施例1所得材料形貌相似，作为柔性超级电容器电极材料在电化学性能，均要优于煅烧前的碳布以及商业化生产的超级电容器电极材料。材料相关形貌结构与性能参数可参照实施例1中的相应附图。实施例4取3×5cm2的碳布置于马弗炉中内在氧气气氛下以5℃/min的升温速率升温至500℃，保温2h，然后自然冷却至室温，再用去离子水冲洗至洗液透明无杂质，干燥，得煅烧后碳布，为柔性超级电容器电极材料。本实施例制备的柔性碳布与实施例1所得材料形貌相似，作为柔性超级电容器电极材料在电化学性能，均要优于煅烧前的碳布以及商业化生产的超级电容器电极材料。材料相关形貌结构与性能参数可参照实施例1中的相应附图。实施例5取3×5cm2的碳布置于马弗炉中内在氧气气氛下以5℃/min的升温速率升温至600℃，保温2h，然后自然冷却至室温，再用去离子水冲洗至洗液透明无杂质，干燥，得煅烧后碳布，为柔性超级电容器电极材料。本实施例制备的柔性碳布与实施例1所得材料形貌相似，作为柔性超级电容器电极材料在电化学性能，均要优于煅烧前的碳布以及商业化生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳布作为柔性超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将碳布在含氧气氛下煅烧，保温，然后冷却至室温；（2）将步骤（1）处理后的碳布用水冲洗至洗液透明无杂质，干燥，得煅烧后碳布，为柔性超级电容器电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳布作为柔性超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将碳布在含氧气氛下煅烧，保温，然后冷却至室温；（2）将步骤（1）处理后的碳布用水冲洗至洗液透明无杂质，干燥，得煅烧后碳布，为柔性超级电容器电极材料。2.根据权利要求1所述的碳布作为柔性超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）含氧气氛为空气或氧气。3.根据权利要求1所述的碳布作为柔性超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）煅烧时升温速率为（2~10）℃/min。4.根据权利要求1所述的碳布作为柔性超级电容器电极材料的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程爽，唐璐杰，邓力瑜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44