超級電容器的納米多孔碳氣凝膠的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于超級電容器技術領域，尤其是一種超級電容器的納米多孔碳氣凝膠的 制備方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，超級電容器作為一種性能卓越的致密能源，成為國際上發達國家材料、電 子、化學、物理等多學科研究的最活躍的研究領域之一，其目標是制備高比功率、高比容量 的致密能源所需的電極材料以及寬電化學窗的、導電率高的電解質，進而制備超大功率、超 高容量可用于動力用途的大型超級電容器。目前主流制造超級電容器的材料是活性炭，但 活性炭的比容量和比表面積有所局限，難以實現更好的比容量。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種設計合理、能夠有效提高超級 電容器比容量的超級電容器的納米多孔碳氣凝膠的制備方法。
[0004] 本發明解決現有的技術問題是采取以下技術方案實現的：
[0005] -種超級電容器的納米多孔碳氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1、在超級電容器的K0H電解液中加入濃度為3. 0?4.OXl(T2mol/L的以下 任一種離子溶液Al3+，Li+，Zn2+，Cu2+，Pb2+ ;
[0007] 步驟2、使用上述離子溶液修飾碳氣凝膠粉，使得碳氣凝膠的微孔里沉積出上述離 子，從而得到超級電容器的納米多孔碳氣凝膠。
[0008] 而且，所述修飾碳氣凝膠粉的方法為：將用Pb(N03)2溶液在真空條件下浸泡碳氣 凝膠，使得Pb(N03) 2溶液完全進入碳氣凝膠的微孔里，過濾出來游離的溶液，再加入NaOH 溶液進行攪拌，使得碳氣凝膠的表面上沉積Pb(0H) 2，抽濾得到沉積5?30%Pb(0H) 2的 碳氣凝膠。
[0009] 而且，所述修飾碳氣凝膠粉的方法為：用Pb(N03)2溶液在真空條件下浸泡碳氣凝 膠，使得Pb(N03) 2溶液完全進入碳氣凝膠的微孔里，過濾出來游離的溶液，再加入K0H溶 液，攪拌，使得碳氣凝膠的表面上Pb(0H)2沉積，抽濾得到沉積5?30%Pb(01〇2的碳氣凝 膠。
[0010] 本發明的優點和積極效果是：
[0011] 1、本發明通過金屬離子在碳氣凝膠表面進行欠電位沉積，為電化學雙層電容器提 供法拉第準電容，使用本方法制備的超級電容器與蓄電池或其他電池配合組成符合電池， 有效地解決了現有電池不能同時滿足高功率、大容量、快速充電要求的難題，可以應用于航 天軍事通信等高要求領域，具有較高的應用價值。
[0012] 2、本發明設計合理以納米多孔作為超級電容器的活性物質，具有比傳統的活性炭 擁有更好的比容量，同時碳氣凝膠的結構人工可控，可以針對要求的比表面積和孔徑進行 有目標的制造，所以對納米多孔碳氣凝膠進行欠電位沉積，擁有更大的潛力。
【具體實施方式】
[0013] 以下對結合實施例對本發明做進一步詳述。
[0014] 一種超級電容器的納米多孔碳氣凝膠的制備方法，將以下任一種金屬離子 Al3+，Li+，Zn2+，Cu2+，Pb2+在碳氣凝膠表面進行欠電位沉積，為電化學雙層電容器提供法拉第 準電容。具體包括以下步驟：
[0015] 步驟1、在超級電容器的K0H電解液中加入濃度為3. 0?4. 0Xl(T2mol/L的以下 任一種離子溶液Al3+，Li+，Zn2+，Cu2+，Pb2+ ;
[0016] 步驟2、使用上述離子溶液修飾碳氣凝膠粉，使得碳氣凝膠的微孔里沉積出上述離 子，從而得到超級電容器的納米多孔碳氣凝膠。
[0017] 在本步驟中，修飾碳氣凝膠粉的方法可以以下兩種：
[0018] 方法1是：將用Pb(N03) 2溶液在真空條件下浸泡碳氣凝膠，使得Pb(N03) 2溶液 完全進入碳氣凝膠的微孔里，過濾出來游離的溶液，再加入NaOH溶液進行攪拌，使得碳氣 凝膠的表面上沉積Pb(0H) 2，抽濾得到沉積5?30%Pb(0H) 2的碳氣凝膠。
[0019] 方法2是：用Pb(N03) 2溶液在真空條件下浸泡碳氣凝膠，使得Pb(N03) 2溶液完 全進入碳氣凝膠的微孔里，過濾出來游離的溶液，再加入K0H溶液，攪拌，使得碳氣凝膠的 表面上Pb(0H) 2沉積，抽濾得到沉積5?30%Pb(0H) 2的碳氣凝膠。
[0020] 實施例1
[0021] 在超級電容器K0H電解液中加入含3.lXl(T2mol/LPb2+的Pb(Ac)2，通過超級電 容器充放電活化過程使得金屬離子以Pb(0H) 2的形式沉積在碳氣凝膠表面上。
[0022] 實施例2
[0023] 在超級電容器K0H電解液中加入含4. 0Xl(T2mol/LPb2+的Pb(Ac)2，通過超級電 容器充放電活化過程使得金屬離子以Pb(0H) 2的形式沉積在碳氣凝膠表面上。
[0024] 利用法拉第準電容為雙層電容器提高電容的技術是非常有意義的。本發明選擇能 夠在碳氣凝膠材料表面發生欠電位沉積的金屬離子，以提高碳氣凝膠電極的比電容，從而 增加超級電容器的容量。單體雙層電容器以高比表面積材料，如碳氣凝膠固/液幾面處的 雙層電容為基礎，與傳統的電容器類似，電能的儲存是以橫快電極/溶液界面的電解制雙 層內的充電為基礎的，當把直流電壓施加到電極的界面時，電雙層就建立起儲存電能。儲存 在雙層中的電能與電極的表面積成正比，和雙層厚度成反比。電化學雙層電容器是包含一 對理想極化電極的裝置；換句話說，只有在操作電位范圍內部發生法拉第反應的那些裝置 才可以認為是電化學雙層電容器，并且所有積聚的電荷都用來形成導體/溶液間的雙層。 所謂的超級電容，除雙層儲存、電能外，還包括它在電極界面上發生的二維和準二位的法拉 第反應，這部分反應使得電能轉變為化學能儲存在界面。金屬離子在電極電位低于可逆的 平衡電極電位時才能在電極上還原為金屬，而一些金屬離子在電極電位正于可逆的平衡電 極電位時就會沉積在異種金屬的基片上，形成金屬單原子層，即所謂欠電位沉積。這個過程 不同于一般的沉積過程，形成的是金屬原子彈曾。由于電極/電解制界面的熱力學原因，欠 電位沉積，如H或Pb在稀有金屬上的單層沉積，能夠發生在新相的三維沉積之前，所以電極 的表面被部分覆蓋；這樣就形成了電吸收式準電容。
[0025] 在理論上可能在碳氣凝膠表面發生金屬離子的欠電位沉積，只要對制定的 金屬離子進行欠電位沉積，就會對超級電容器增加容量做出可觀的貢獻。以Pb為 例，Pb2+在電容器中以堿性Pb(0H)2形式沉積在負極活性炭的表面上，當電容器進 行充放電時負極發生電化學反應。為電容器工作提供了法拉第準電容，其負極為：
【主權項】
1. 一種超級電容器的納米多孔碳氣凝膠的制備方法，其特征在于，包括w下步驟： 步驟1、在超級電容器的KOH電解液中加入濃度為3. 0?4. 0X l〇-2mol/L的W下任一 種離子溶液AP，Li+，化"，Cu"，化"； 步驟2、使用上述離子溶液修飾碳氣凝膠粉，使得碳氣凝膠的微孔里沉積出上述離子， 從而得到超級電容器的納米多孔碳氣凝膠。
2. 根據權利要求1所述的超級電容器的納米多孔碳氣凝膠的制備方法，其特征在于： 所述修飾碳氣凝膠粉的方法為；將用化（N03) 2溶液在真空條件下浸泡碳氣凝膠，使得化 (N03)2溶液完全進入碳氣凝膠的微孔里，過濾出來游離的溶液，再加入化0H溶液進行攬拌， 使得碳氣凝膠的表面上沉積化（0H) 2,抽濾得到沉積5?30%Pb (0H) 2的碳氣凝膠。
3. 根據權利要求1所述的超級電容器的納米多孔碳氣凝膠的制備方法，其特征在于： 所述修飾碳氣凝膠粉的方法為；用化(M)3)2溶液在真空條件下浸泡碳氣凝膠，使得化(N03) 2溶液完全進入碳氣凝膠的微孔里，過濾出來游離的溶液，再加入KOH溶液，攬拌，使得碳氣 凝膠的表面上化（0H) 2沉積，抽濾得到沉積5?30%Pb (0H) 2的碳氣凝膠。
【專利摘要】本發明涉及一種超級電容器的納米多孔碳氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：在超級電容器的KOH電解液中加入濃度為3.0～4.0×10-2mol/L的以下任一種離子溶液Al3+,Li+,Zn2+,Cu2+，Pb2+；使用上述離子溶液修飾碳氣凝膠粉，使得碳氣凝膠的微孔里沉積出上述離子，從而得到超級電容器的納米多孔碳氣凝膠。本發明通過金屬離子在碳氣凝膠表面進行欠電位沉積，為電化學雙層電容器提供法拉第準電容，使用本方法制備的超級電容器與蓄電池或其他電池配合組成符合電池，有效地解決了現有電池不能同時滿足高功率、大容量、快速充電要求的難題，可以應用于航天軍事通信等高要求領域，具有較高的應用價值。
【IPC分類】H01G11-86
【公開號】CN104576084
【申請號】CN201310472425
【發明人】關大勇
【申請人】天津得瑞豐凱新材料科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月11日