一种改性超级电容炭的制备工艺制造技术

本发明专利技术提供一种改性超级电容炭的制备工艺，属于储能材料制备领域，本发明专利技术以两亲性的聚苯乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种改性超级电容炭的制备工艺


[0001]本专利技术涉及储能材料制备领域，具体涉及一种改性超级电容炭及其制备工艺和应用。

技术介绍

[0002]超级电容器，既具有传统物理电容的高比功率和循环性，又具有化学电源的高比能量特性，所以，它既能满足要求高比功率的使用条件，又能满足要求高比能量的使用条件。由于超级电容器具有优良的脉冲充放电性能以及传统物理电容所不具有的大容量储能性能，在高能脉冲激光器的应用已经引起了人们的广泛关注。同时，因其存储能量大，质量轻，可无限次充放电而被人们用作计算机系统和无限电通讯设备的备用电源。随着环保型电动汽车研究的兴起，超级电容器可以独立或与二次电池(如铅酸电池或锂离子电池)组合作为电动汽车的电源系统，具有十分广泛的应用前景。
[0003]在超级电容器的各种电极材料中，价格低廉的活性炭材料是应用最广泛也是技术最成熟的一类。活性炭材料具有优良的导热性能和导电性能，其密度低，抗化学腐蚀性能好，热膨胀系数小，弹性模量不高。可通过不同方法制得粉末、块状、纤维、布等多种形态，同时还拥有多种同素异形体(如石墨、金刚石、富勒烯)，也可因石墨化程度的不同而具有不同的空间结构，故被广泛用于电化学领域作电极材料。
[0004]传统的电容器电极活性炭，其比表面积较高，但电容量较低，故提高超级电容器用活性炭电极材料的性能，不能单纯只考虑提高其比表面积，应综合考虑其表面化学性质，从改变炭材料表面结构入手，对碳材料表面进行改性，以提高电容性能。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供一种改性超级电容炭的制备工艺。
[0006]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0007]一种改性超级电容炭的制备工艺，包括以下步骤：
[0008]S1、碳源溶液制备
[0009]称取硒粉1份，硼氢化钠8份，加入去离子水100份，在N2气氛下持续搅拌至澄清，再加入葡萄糖4-5份，在N2气氛下继续搅拌至澄清，得到溶液A；
[0010]S2、硒负载多孔碳制备
[0011]将聚苯乙烯-b-聚氧乙烯嵌段聚合物按料液比10g/L搅拌溶解在四氢呋喃溶剂中，得到聚合物溶液，加入乙醇水溶液，剧烈搅拌，搅拌速率800-1000rpm，搅拌时间10min，得到溶液B，所述乙醇水溶液与所述聚合物溶液的混合体积比为3:1，再快速加入与所述溶液B等体积的所述溶液A，在N2气氛下持续搅拌反应40-60min，加入质量浓度为2g/L的氧化石墨烯水溶液，得到溶液C，所述氧化石墨烯水溶液与所述溶液B的混合体积比为1:25，搅拌均匀后静置10min，加入质量浓度0.3g/mL的过氧二硫酸铵溶液，得到溶液D，所述过氧二硫酸铵溶液与所述溶液C的混合体积比为1:100，将所述溶液D于冰水浴中搅拌反应3-4h，离心分离沉
淀，以所述乙醇水溶液洗涤沉淀，将沉淀以2℃/min的升温速率从室温逐渐加热到200-250℃，稳定20min后切换为氮气保护气氛，继续升温至450-550℃，保温3h，制得硒负载多孔碳；
[0012]S3、活性炭处理
[0013]在活性炭中加入质量浓度30％的硝酸溶液浸泡2h，滤出，去离子水洗涤，干燥，再超声分散在乙二醇中，得到溶液E，称取三碘化磷并溶解在丙酮中，配制为1g/L的三碘化磷溶液，边搅拌边将所述三碘化磷溶液缓慢加入到所述溶液E中，添加完毕后继续搅拌反应40-60min，8000rpm离心15min分离沉淀，沉淀以丙酮洗涤，干燥制得磷掺杂活性炭；
[0014]S4、高温热解
[0015]将所述硒负载多孔碳与所述磷掺杂活性炭按质量比例1:(1-10)混合，按质量体积比10ml/g加入丙酮水溶液，超声分散，超声时间15min，8000rpm离心15min分离沉淀，将沉淀干燥后转入高温炉，在氮气气氛下，升温至400℃并保温1h，冷却后制得所述改性超级电容炭。
[0016]优选的，所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比例为2:1。
[0017]优选的，所述活性炭为椰子壳活性炭、煤质压块活性炭或木质活性炭。
[0018]优选的，所述聚苯乙烯-b-聚氧乙烯嵌段聚合物中，PS段与PEO段的平均分子量分别为32000Da、5000Da，其制备方法包括以下步骤：
[0019]称取分子量2000的单甲氧基聚乙二醇50份，加入200份的二氯甲烷溶解，加入10份三乙胺后，在冰水浴条件下，在混合溶液中逐滴滴加2-溴异丁酰溴6.2份，滴加完毕后，继续搅拌12h，过滤分离滤液，将所述滤液浓缩至原体积的1/4，冰水浴冷却，边搅拌边缓慢加入乙醚500份，继续搅拌2h，滤出沉淀，以乙醚洗涤，真空干燥，得到产物A；称取所述产物A2份，加入0.13份溴化亚铜，0.17份五甲基二乙烯三胺，充入氮气置换反应气氛，重复置换3-5次，将混合物升温至110℃，搅拌反应30min，快速冷却，加入四氢呋喃溶解，再加入1份的碱性氧化铝搅拌除杂，滤出滤液，浓缩至原体积的1/4后逐滴滴加在甲醇中，滴加完毕后滤出沉淀，甲醇洗涤，真空干燥制得所述嵌段聚合物。
[0020]本专利技术的另一目的在于提供一种包括前述制备工艺制备的改性超级电容炭的电极，其制备方法为，将所述改性超级电容炭与PTFE按质量比例为(8-12)：1的比例混合均匀，得到糊状物，将其擀压为200μm厚度的薄片，裁剪成适当大小，施压40MPa的压力将薄片压至不锈钢网上，即制备得到超级电容电极。
[0021]优选的，所述糊状物中还包括有所述改性超级电容炭质量4-10％的木质素。
[0022]进一步优选的，所述木质素为氧化钒改性的木质素，其制备方法为：
[0023]称取纳米氧化钒1份，加入50份的甲苯，超声分散，超声时间15min，缓慢加入1份的3-溴丙基三甲氧基硅烷，充分搅拌，水浴70℃保温20h，滤得白色沉淀，分别经甲苯、无水乙醇洗涤，冷冻干燥制得白色粉末A；称取所述白色粉末A1份，叠氮化钠0.5份，加入DMF200份，在氮气保护下，70℃不断搅拌20h，分离出沉淀，分别以DMF、无水乙醇洗涤，冷冻干燥制得白色粉末B；称取醋酸木质素10份，按质量体积比10ml/g加入1mol/L的氢氧化钠溶液充分搅拌溶解，加入溴丙炔10份，70℃保温反应3h，冷却后盐酸溶液调节pH为2，滤出沉淀，以无水乙醇、蒸馏水分别洗涤，50℃真空干燥制得黄色粉末C，称取白色粉末B1份，黄色粉末C1.5份，超声分散在100份二恶烷中，加入碘化亚铜0.2份，水浴70℃保温20h，滤出沉淀，经蒸馏水、无水乙醇洗涤反复，冷冻干燥制得。
[0024]本专利技术的有益效果为：
[0025](1)本专利技术以硒负载多孔碳与磷掺杂活性炭复合高温热解，高温热解反应中，硒可以发生磷化反应，有效缓解磷在长时间电化学反应中的体积膨胀，提高循环稳定性，同时有效提高改性材料的导电性，进行快速电荷传输，所述改性超级电容炭具有高的比容量以及优异的循环稳定性，实现容量与循环稳定性的协同提升。
[0026](2)本专利技术以两亲性的聚苯乙烯-b-聚氧乙烯嵌段聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性超级电容炭的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、碳源溶液制备称取硒粉1份，硼氢化钠8份，加入去离子水100份，在N2气氛下持续搅拌至澄清，再加入葡萄糖4-5份，在N2气氛下继续搅拌至澄清，得到溶液A；S2、硒负载多孔碳制备将聚苯乙烯-b-聚氧乙烯嵌段聚合物按料液比10g/L搅拌溶解在四氢呋喃溶剂中，得到聚合物溶液，加入乙醇水溶液，剧烈搅拌，搅拌速率800-1000rpm，搅拌时间10min，得到溶液B，所述乙醇水溶液与所述聚合物溶液的混合体积比为3:1，再快速加入与所述溶液B等体积的所述溶液A，在N2气氛下持续搅拌反应40-60min，加入质量浓度为2g/L的氧化石墨烯水溶液，得到溶液C，所述氧化石墨烯水溶液与所述溶液B的混合体积比为1:25，搅拌均匀后静置10min，加入质量浓度0.3g/mL的过氧二硫酸铵溶液，得到溶液D，所述过氧二硫酸铵溶液与所述溶液C的混合体积比为1:100，将所述溶液D于冰水浴中搅拌反应3-4h，离心分离沉淀，以所述乙醇水溶液洗涤沉淀，将沉淀以2℃/min的升温速率从室温逐渐加热到200-250℃，稳定20min后切换为氮气保护气氛，继续升温至450-550℃，保温3h，制得硒负载多孔碳；S3、活性炭处理在活性炭中加入质量浓度30％的硝酸溶液浸泡2h，滤出，去离子水洗涤，干燥，再超声分散在乙二醇中，得到溶液E，称取三碘化磷并溶解在丙酮中，配制为1g/L的三碘化磷溶液，边搅拌边将所述三碘化磷溶液缓慢加入到所述溶液E中，添加完毕后继续搅拌反应40-60min，8000rpm离心15min分离沉淀，沉淀以丙酮洗涤，干燥制得磷掺杂活性炭；S4、高温热解将所述硒负载多孔碳与所述磷掺杂活性炭按质量比例1:(1-10)混合，按质量体积比10ml/g加入丙酮水溶液，超声分散，超声时间15min，8000rpm离心15min分离沉淀，将沉淀干燥后转入高温炉，在氮气气氛下，升温至400℃并保温1h，冷却后制得所述改性超级电容炭。2.根据权利要求1所述的一种改性超级电容炭的制备工艺，其特征在于，所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比例为2:1。3.根据权利要求1所述的一种改性超级电容炭的制备工艺，其特征在于，所述活性炭为椰子壳活性炭、煤质压块活性炭或木质活性炭。4.根据权利要求1所述的一种改性超级电容炭的制备工艺，其特征在于，所述聚苯乙烯-b-聚氧乙烯嵌段聚合物中，PS段与P...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，代子龙，惠建超，
申请(专利权)人：陕西浦士达环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：