本发明专利技术涉及一种基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料及其制备方法，其为下述制备方法所得产物，包括有如下步骤：1）将LiOH和Cl2CH-COOH溶解于去离子水中，磁力搅拌，将得到的Cl2CH-COOLi前驱体通过超声喷雾裂解形成微液滴，所得的微液滴在氮气气氛高温分解，收集得到黑色粉末；2）离心分离洗涤；3）干燥得到多孔碳微球；4）将碳纤维纸浸泡在含有多孔碳微球的乙醇溶液中，然后取出，干燥，重复三次；5）用去离子水进行冲洗，在80℃下干燥3个小时。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术具有原料廉价、工艺简单环保、材料电化学性能优异的特点。在超级电容器、锂电池或其他电化学储能器件上有较大的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料及其制备方法，其为下述制备方法所得产物，包括有如下步骤：1）将LiOH和Cl2CH-COOH溶解于去离子水中，磁力搅拌，将得到的Cl2CH-COOLi前驱体通过超声喷雾裂解形成微液滴，所得的微液滴在氮气气氛高温分解，收集得到黑色粉末；2）离心分离洗涤；3）干燥得到多孔碳微球；4）将碳纤维纸浸泡在含有多孔碳微球的乙醇溶液中，然后取出，干燥，重复三次；5）用去离子水进行冲洗，在80℃下干燥3个小时。本专利技术的有益效果是：本专利技术具有原料廉价、工艺简单环保、材料电化学性能优异的特点。在超级电容器、锂电池或其他电化学储能器件上有较大的应用前景。【专利说明】
本专利技术属于纳米材料与电化学
，具体涉及一种。
技术介绍
电化学超级电容器相对于电池来说可以在更高倍率下提供能量，同时可以在很长的时间里保证功率密度不降低。但是它的低能量密度限制了它在高能量密度，高功率密度，超长寿命领域的应用。碳基材料由于它们低成本，高电导率，高比表面积，快速充放电的特点而普遍应用在超级电容器领域。它们的储能机制是由于双电层效应和表面官能团的快速法拉第反应，主要是电极/电解液界面的氧和氮的官能团。另外，碳基材料表面官能团的极化作用可以提高多孔碳微球在水系电解液中的表面润湿性，减小了阻抗，因此降低了这些材料对很高孔性的要求。但是不同表面官能团的不明显的法拉第反应和它们在循环过程中的不稳定型阻碍了碳基材料作为超级电容器材料的应用。最近有文献报道了通过活性炭电极材料与电解液发生氧化还原反应来加速法拉第反应。例如通过在硫酸电解液中弓I入对苯二酚，可以使得活性炭电极材料的质量比容量从320F/g提高到901F/g。同样的往硫酸电解液中加入碘化钾，质量比容量从472F/g增加至lj912F/g。比容量的提高主要是因为通过引入相关介质到电解液中提高了电极/电解液界面快速的法拉第反应。但是报道的文献上这种方法得到的质量比容量不超过940F/g。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、符合绿色化学的要求、具有优良电化学性能的基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料、其超级电容器及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是:基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料，其为下述制备方法所得产物，包括有如下步骤:I)将1.5molLi0H和1.5moICl2CH-COOH溶解于IOOml去离子水中，磁力揽拌至无大颗粒，形成Cl2CH-COOLi前驱体，将得到的Cl2CH-COOLi前驱体通过超声喷雾裂解形成微液滴，所得的微液滴在氮气气氛于800°C下进行高温分解，收集得到黑色粉末；2)用乙醇和去离子水分别离心分离洗涤三次；3)在80°C下干燥6-12小时得到多孔碳微球；4)将碳纤维纸剪成2*3cm2浸泡在含有0.1g多孔碳微球的5ml乙醇溶液中30秒，然后取出，在高压钠灯下干燥I分钟，重复三次，以保证碳纤维纸上负载有适量的多孔碳微球；5)用去离子水进行冲洗，在80°C下干燥3个小时，得到基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料。所述的基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料的制备方法，包括有如下步骤:I)将1.5molLi0H和1.5moICl2CH-COOH溶解于IOOml去离子水中，磁力搅拌至无大颗粒，形成Cl2CH-COOLi前驱体，将得到的Cl2CH-COOLi前驱体通过超声喷雾裂解形成微液滴，所得的微液滴在氮气气氛于800°C下进行高温分解，收集得到黑色粉末；2)用乙醇和去离子水分别离心分离洗涤三次；3)在80°C下干燥6-12小时得到多孔碳微球；4)将碳纤维纸剪成2*3cm2浸泡在含有0.1g多孔碳微球的5ml乙醇溶液中30秒，然后取出，在高压钠灯下干燥I分钟，重复三次，以保证碳纤维纸上负载有适量的多孔碳微球；5)用去离子水进行冲洗，在80°C下干燥3个小时，得到基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料。一种包括有权利要求1所述的基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料的超级电容器。所述的基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料的超级电容器的制备方法，包括有以下步骤:I)将1.5molLi0H和1.5moICl2CH-COOH溶解于IOOml去离子水中，磁力搅拌至无大颗粒，形成Cl2CH-COOLi前驱体，将得到的Cl2CH-COOLi前驱体通过超声喷雾裂解形成微液滴，所得的微液滴在氮气气氛于800°C下进行高温分解，收集得到黑色粉末；2)用乙醇和去离子水分别离心分离洗涤三次；3)在80°C下干燥6-12小时得到多孔碳微球；4)将碳纤维纸剪成2*3cm2浸泡在含有0.1g多孔碳微球的5ml乙醇溶液中30秒，然后取出，在高压钠灯下干燥I分钟，，重复三次，以保证碳纤维纸上负载有适量的多孔碳微球；5)用去离子水进行冲洗，在80°C下干燥3个小时，得到基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料；6)将CuCl2加入到HNO3溶液中，其中CuCl2的浓度从0.0001到lmol/L变化，得到多孔碳微球超级电容器的电解液材料；7)用三电极法组装超级电容器，其中，以步骤5)所得的电极材料作为工作电极，钼电极作为对电极，甘汞电极作为参比电极，以步骤6)所得的电解液作为超级电容器的电解液材料。按上述方案，所述的电解液材料中CuCl2的浓度为0.06?0.09mol/L。本专利技术设计了一种多孔碳微球表面官能团与电解液发生氧化还原反应的超级电容器，将CuCl2加入到HNO3溶液中，制备得到电解液材料，在测试的时候观察到碳微球表面的碳氧官能团和酸性溶液中的Cu2+发生反应，同时还发现电解液中CuCl2的浓度对多孔碳微球的电化学性能有很大的影响。研究发现CuCl对于多数的碳基复合物有很好的反应活性。因此，通过固定碳氧键在碳球表面的位置和降低电解液中的CuCl2，可以很容易的产生额外的氧化还原反应CuCl层。另外氯化物可以使得铜氧之间的键合作用更加的牢固。在不加导电剂和粘结剂的情况下，为了提高其导电性，本专利技术采取将多孔碳微球直接吸附在碳纤维纸上，在CuCl2和HNO3的电解液中有很高的离子扩散速率。本专利技术中多孔碳微球表面的官能团由X射线光电子能谱确定，定量分析显示在多孔碳微球表面有两种官能团，它们分别是碳氧官能团和羟基官能团，其中碳氧官能团为22%，羟基官能团为78%，同时经过测试分析得出0.1g多孔碳微球中含有10%氧。在测试的时候我们发现当电解液是H2SO4溶液时它的质量比容量为460F/g，电解液是CuSO4和HNO3的混合电解液时其质量比容量为420F/g，但是当把CuSO4换成CuCl2时，就算加的CuCl2的量很少，仍然可以观察到很强的氧化还原峰。这使得其质量比容量得到很大的提高，达到4700F/g，这是因为多孔碳微球的表面官能团和电解液发生了以下的反应【权利要求】1.基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料，其为下述制备方法所得产物，包括有如下步骤: 1)将1.5molLiOH和1.5moICl2CH-COOH溶解于IOOml去离子水中，磁力搅拌至无大颗粒，形成Cl2CH-COOLi前驱体，将得到的Cl2CH-COOLi前驱体通过超声喷雾裂解形成微液滴，所得的微液滴在氮气气氛于800°C下进行高温本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料，其为下述制备方法所得产物，包括有如下步骤：1）将1.5molLiOH和1.5molCl2CH?COOH溶解于100ml去离子水中，磁力搅拌至无大颗粒，形成Cl2CH?COOLi前驱体，将得到的Cl2CH?COOLi前驱体通过超声喷雾裂解形成微液滴，所得的微液滴在氮气气氛于800℃下进行高温分解，收集得到黑色粉末；2）用乙醇和去离子水分别离心分离洗涤三次；3）在80℃下干燥6?12小时得到多孔碳微球；4）将碳纤维纸剪成2*3cm2浸泡在含有0.1g多孔碳微球的5ml乙醇溶液中30秒，然后取出，在高压钠灯下干燥1分钟，重复三次，以保证碳纤维纸上负载有适量的多孔碳微球；5）用去离子水进行冲洗，在80℃下干燥3个小时，得到基于表面功能官能团多孔碳微球电极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：麦立强，阿米尔·明哈斯·可汗，瞿龙兵，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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