一种超级电容器的电极材料制造技术

本发明专利技术公开了一种超级电容器的电极材料，其中，该电极材料为由芳香腈化合物单体聚合得到的聚合产物。本发明专利技术提供的电极材料具有高比表面积、丰富的氮含量以及多孔网状结构，该电极材料组装成的超级电容器表现出高比电容、快速充放电和良好的循环稳定性等优点。另外，本发明专利技术提供的电极材料可适用于酸体系、碱体系和有机溶液体系等各种类型的超级电容器中，适用面广。与现有商用活性炭电极材料或其他电极材料相比，本发明专利技术提供的电极材料具有制备简单高效环保，成本低廉，性能优异等特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种超级电容器的电极材料，其中，该电极材料为由芳香腈化合物单体聚合得到的聚合产物。本专利技术提供的电极材料具有高比表面积、丰富的氮含量以及多孔网状结构，该电极材料组装成的超级电容器表现出高比电容、快速充放电和良好的循环稳定性等优点。另外，本专利技术提供的电极材料可适用于酸体系、碱体系和有机溶液体系等各种类型的超级电容器中，适用面广。与现有商用活性炭电极材料或其他电极材料相比，本专利技术提供的电极材料具有制备简单高效环保，成本低廉，性能优异等特点。【专利说明】一种超级电容器的电极材料
本专利技术涉及一种电极材料，具体地，涉及一种超级电容器的电极材料。
技术介绍
超级电容器作为一种能源存储器件，具有相对简单的工作原理、高的充放电速率(功率密度)、良好的稳定性和使用寿命，从而成为人们广泛关注和研究的对象(Nat.Mater.，2008.7(11):ρ.845-854 ；Chem.Soc.Rev.，2009.38(9):p.2520-2531.)。但是与锂电池相比，超级电容器的能量密度仍然相对较小(Science, 2008.321(5889):p.651-652.)，其能量密度可通过E=0.5CU2计算(C:比电容，单位F/g;U:电压，单位V)，所以当电压相同时，可以通过提高比电容来提高其能量密度。因此，研究具有高比电容特性的物质作为超级电容器的电极材料显得非常重要。目前，研究主要集中于提高材料的比表面积，调节孔径分布，加入金属氧化物提高赝比电容，或引入杂原子(包括氮原子、氧原子、磷原子、硼原子)改变材料电子分布状态等。其中含氮基团的引入不仅有利于改变材料的导电性、浸润性，增加具有电子活性的表面积，而且可以增加赝比电容(Energy Environ.Sc1.，2010.3(9):p.1238-1251.)。因此引入含氮基团是一种较理想的提高材料比电容特性的方法。一般商用的超级电容器活性材料为活化改性后的活性碳材料，它们一般采用的原料为椰壳、浙青、石油焦等，由其组装的超级电容器的比电容一般小于200F/g。而且由于此类活性碳的杂质含量高，因此漏电流大，电压保持性能差(Carbon, 2007.45 (7): p.1439-1445 ; Journal of PowerSources, 2008.175(1):p.675-679.)。所以，开发结构可控且性能稳定的材料对于超级电容器的发展非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有良好比电容特性、结构可控且性能稳定的超级电容器电极材料。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种超级电容器的电极材料，其中，该电极材料为由芳香腈化合物单体聚合得到的聚合产物。本专利技术提供的超级电容器电极材料的比表面积大、具有网状结构、氮含量丰富且导电性良好。另外，本专利技术提供的电极材料采用小分子(芳香腈化合物单体)聚合而成，因此，可以通过控制小分子的类型以及反应条件来控制得到的材料的比表面积、孔径分布、氮含量，进而调节其比电容特性。此外，本专利技术提供的电极材料的制备过程简单且高效环保。将本专利技术的电极材料进行不同体系的超级电容器的组装测试及应用。测试结果表明此类材料具有优异的超级电容器性能，且本专利技术提供的电极材料可适用于酸体系、碱体系和有机溶液体系等各种类型的超级电容器中，适用面广。本专利技术的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。【专利附图】【附图说明】附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1是由实施例1的方法(以对苯二甲腈(P-DCB)为原料，聚合温度为550°C)制备的电极材料的透射电子显微镜(TEM)图；图2是由实施例1的方法(以对苯二甲腈(P-DCB)为原料，聚合温度为550°C)制备的电极材料的等温吸脱附曲线以及孔径分布图；图3是通过恒流充放电测试测定由实施例1的方法(以对苯二甲腈(P-DCB)为原料，聚合温度为550°C)制备的电极材料组装的超级电容器的比电容-电流密度曲线图；图4是在电流密度为ΙΟΑ/g时测得的由实施例1的方法(以对苯二甲腈(P-DCB)为原料，聚合温度为550°C)制备的电极材料组装的超级电容器的比电容-循环次数曲线图。【具体实施方式】以下对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了 一种超级电容器的电极材料，其中，该电极材料为由芳香腈化合物单体聚合得到的聚合产物。本专利技术的专利技术人发现，目前为止，在现有技术中，没有公开将由芳香腈化合物单体作为原料聚合得到的聚合产物应用于超级电容器的电极材料。在本专利技术提供的电极材料中，所述芳香腈化合物的种类可选择的范围较宽，所述芳香腈化合物可以包括氰基取代的芳环化合物和/或氰基取代的芳杂环化合物。因为含有氰基，所以所述芳香腈化合物容易发生聚合以及重排反应；又因其含有芳香环或芳杂环，所以聚合、重排后的产物结构是连续的大η体系结构，有利于电子的传输。优选情况下，所述氰基取代的芳环化合物为氰基苯和/或氰基联苯，氰基取代基的个数至少为2个，优选为2-4个；所述氰基取代的芳杂环化合物为氰基取代的六元芳杂环化合物，杂原子为N，更优选为氰基取代的吡啶，氰基取代基的个数至少为2个，优选为2-4个。进一步优选，所述芳香腈化合物选自对苯二甲腈(P-DCB)、间苯二甲腈(m-DCB)、邻苯二甲腈(o-DCB)、I，3，5-三氰基苯(TCB)、2，6- 二氰基吡啶(2，6-DCP)、2，4- 二氰基吡啶(2，4-DCP)和4，4’ - 二氰基联苯(DCBP)中的一种或多种，但不限于此。本专利技术提供的电极材料中，所述聚合产物优选具有多孔网状结构，所述多孔网状结构可增加聚合产物的比表面积，从而改善聚合产物的比电容特性，使其作为超级电容器的电极材料具有更佳的性能。进一步优选，所述聚合产物的比表面积为300-3000m2/g，优选为1000-2800m2/g，孔径分布为0.5-10nm。本专利技术中，所述聚合产物的比表面以及孔径分布采用77K下氮气的等温吸脱附方法测定，通过BET方法计算其比表面积，通过DFT方法计算其孔径分布。本专利技术提供的电极材料中，所述制备方法包括在聚合反应条件下，将所述芳香腈化合物与熔融的金属盐接触。在本专利技术提供的电极材料中，所述制备方法中的所述熔融的金属盐的作用是在反应中作为溶剂和催化剂，只要其在熔融状态下能够保持稳定不分解即可，因此所述金属盐的种类的可选择范围较宽，优选，所述金属盐为金属卤化物，进一步优选，所述金属卤化物为金属氯化物，更进一步优选，所述金属氯化物选自氯化锌、氯化铜、氯化亚铁和氯化锰中的一种或多种。所述金属盐的用量的可选择范围较宽，优选，所述金属盐与所述芳香腈化合物单体的摩尔比为1-10:1，进一步优选为2-8:1。在本专利技术所述电极材料的制备方法中，所述聚合反应条件一般包括接触的温度和接触的时间，所述接触的温度只需保证所述金属盐处于熔融状态即可，因此所述接触的温度可以为所述金属盐的熔点至低于金属盐的沸点，优选，所述温度为400-700°C ;所述接触的时间的可选择范围较宽，为了聚合反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级电容器的电极材料，其特征在于，该电极材料为由芳香腈化合物单体聚合得到的聚合产物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：智林杰，郝龙，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：