本发明专利技术提供了一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料及其制备方法，所述方法包括以下步骤：S1、将氯化锌溶解到碳点水溶液中，再加入聚丙烯晴和纳米二氧化硅形成溶胶；S2、将溶胶冷冻干燥后在惰性气体保护下进行热裂解；S3、将热裂解得到的产物浸入氢氟酸中除去锌和二氧化硅得到碳点/多孔碳复合电极材料。本发明专利技术提供的制备方法工艺简单、成本低、易于产业化推广；制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料用于超级电容器电极材料时，具有较高的比电容值、优异的倍率性能和良好的循环稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料及其制备方法
本专利技术涉及电化学储能电极材料制备
，具体涉及一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料及其制备方法。
技术介绍
超级电容器，作为介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，兼具高能量密度、高功率、寿命长等优点，引起了国内外电化学储能装置研究者的广泛兴趣。超级电容器因其生产成本低、环境污染小、安全性高等特点，在新能源汽车、便携式电子设备、记忆性存储器、航空军事等众多领域都具有极大的实际应用价值，而电极材料对于超级电容器性能起到决定性作用。多孔碳具有大的比表面积、高的电导率、丰富的孔径结构等优点，目前已经用做商业化超级电容器的电极材料。目前，国内外以多孔碳为电极材料所开发的商品化超级电容器的能量密度比传统电池（例如：铅酸电池35~45Whkg-1、镍氢电池50~80Whkg-1、锂离子电池170~200Whkg-1）仍小很多。低能量密度造成了每瓦时能量的价格高，不利于大规模储能应用。因此，提升多孔碳材料的比容量对于提高超级电容器的能量密度就显得非常重要。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提供了一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：S1：先将氯化锌溶解到碳点水溶液中，再加入聚丙烯晴和纳米二氧化硅形成溶胶；S2：将步骤S1制备得到的溶胶冷冻干燥后在惰性气体保护下进行热裂解；S3：将步骤S2热裂解得到的产物浸入氢氟酸中除去锌和二氧化硅得到碳点/多孔碳复合电极材料。其中，所述碳点水溶液中碳点的质量浓度为1~5g/L。优选地，所述碳点水溶液中碳点的质量浓度为1.5g/L，2g/L，2.5g/L，3g/L，3.5g/L，4g/L，4.5g/L。其中，所述氯化锌、所述碳点水溶液、所述聚丙烯晴和所述纳米二氧化硅的质量比为100~25:1~20:2~10:1~5。其中，所述热裂解的温度为700~900℃，升温速率为1~5oC/min。优选地，所述热裂解的温度为750℃，800℃，850℃。其中，所述热裂解的时间为1~6h。优选地，所述热裂解的时间为2h，2.5h，3h，3.5h，4h，4.5h，5h，5.5h。其中，所述氢氟酸的浓度为15-40wt%。优选地，所述氢氟酸的浓度为20wt%，25wt%，30wt%，35wt%。其中，热裂解得到的产物在氢氟酸中浸泡的时间为8-24h。优选地，热裂解得到的产物在氢氟酸中浸泡的时间为10h，12h，14h，16h，18h，20h，22h。其中，所述聚丙烯晴的聚合度大于或等于2500。其中，所述纳米二氧化硅的尺寸为5~50nm。本专利技术第二方面提供了一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料，所述碳点/多孔碳复合电极材料根据本专利技术第一方面提供的制备方法制备得到，所述碳点/多孔碳复合电极材料中掺杂氮原子的含量为4~9at%。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的碳点/多孔碳复合电极材料制备方法，工艺简单、成本低、易于产业化推广。制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料用于超级电容器电极材料时，在1Ag-1的电流密度下，比电容最高达344Fg-1，循环充放电40000次后的容量保持率在101.2％；在大电流密度50Ag-1下，比电容仍然高达305Fg-1，表现出较高的比电容值、优异的倍率性能和良好的循环稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料的透射电镜图；图3是本专利技术实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料的X射线光电子能谱图；图4是本专利技术实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料的循环伏安曲线图；图5是本专利技术实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料的充放电曲线图。具体实施方式以下是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。实施例1本专利技术提供了一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：S1：将2.76g肌醇六磷酸和1.53g聚乙烯亚胺分散在18mL去离子水中，在温度为160℃下水热反应5h，将得到黑色溶液高速离心30min后取上层清液定容在100mL的水溶液中，制备得到的碳点水溶液中碳点的质量浓度为2.5g/L；S2：将氯化锌溶解到步骤S1制备得到的碳点水溶液中，然后加入聚丙烯晴和纳米二氧化硅形成溶胶；其中，氯化锌、碳点水溶液、聚丙烯晴和纳米二氧化硅的质量比为25:16:2:1；S3：将步骤S2制备得到的溶胶冷冻干燥后在氮气保护下进行热裂解，热裂解的温度为900℃，时间为1h，其中热裂解的升温速率为3℃/min；S4：将步骤S3热裂解得到的产物浸入浓度为30wt%的氢氟酸中浸泡12h，除去锌和二氧化硅得到碳点/多孔碳复合电极材料。实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料含氮量为6%，在1Ag-1的电流密度下，比电容高达344Fg-1，循环充放电40000次后的容量保持率在101.2％，在大电流密度50Ag-1下，比电容仍然高达305Fg-1。图1是实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料的扫描电镜图，从图1可以看出：材料呈现蜂窝状多孔结构。图2是实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料的透射电镜图，从图1可以看出：材料为非晶多孔结构。图3是实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料的X射线光电子能谱图，从图中可以看到：该复合材料具有丰富的N元素掺杂。图4是实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料的循环伏安曲线图，从图1可以看出：随着扫速增大，其循环伏安曲线图基本没有变形，表明该复合电极材料具有理想的电容性质和倍率性质。图5是实施例1制备得到的碳点/多孔碳复合电极材料的充放电曲线图，从图1可以看出：随着扫速增大，其循环伏安曲线图基本没有变形，表明该复合电极材料具有理想的电容性质和倍率性质。实施例2本专利技术提供了一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：S1：将0.92g肌醇六磷酸和0.51g聚乙烯亚胺分散在6mL去离子水中，在温度为160℃下水热反应5h，将得到黑色溶液高速离心30min后取上层清液定容在100mL的水溶液中，制备得到的碳点水溶液中碳点的质量浓度为1g/L；S2：将氯化锌溶解到步骤S1制备得到的碳点水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：先将氯化锌溶解到碳点水溶液中，再加入聚丙烯晴和纳米二氧化硅形成溶胶；/nS2：将步骤S1制备得到的溶胶冷冻干燥后在惰性气体保护下进行热裂解；/nS3：将步骤S2热裂解得到的产物浸入氢氟酸中除去锌和二氧化硅得到碳点/多孔碳复合电极材料。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：先将氯化锌溶解到碳点水溶液中，再加入聚丙烯晴和纳米二氧化硅形成溶胶；
S2：将步骤S1制备得到的溶胶冷冻干燥后在惰性气体保护下进行热裂解；
S3：将步骤S2热裂解得到的产物浸入氢氟酸中除去锌和二氧化硅得到碳点/多孔碳复合电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述碳点水溶液中碳点的质量浓度为1～5g/L。
3.根据权利要求2所述的一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述氯化锌、所述碳点水溶液、所述聚丙烯晴和所述纳米二氧化硅的质量比为100～25:1～20:2～10:1～5。
4.根据权利要求1～3中任意一项权利要求所述的一种用于超级电容器的碳点/多孔碳复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述热裂解的温度为700～900℃，升温速率为1～5oC/min。
5.根据权利要求1～3中任意一项权利要求所述的一种用于超级电容器的...
【专利技术属性】
技术研发人员：权红英，孙航，陈德志，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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