一種超級電容器高導電活性炭電極制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電極領域技術，特別是提供一種超級電容器高導電活性炭電極制備方 法。
【背景技術】
[0002] 超級電容器又叫雙電層電容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)是一種新 型儲能裝置，它具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保等特點。超 級電容器用途廣泛。用作起重裝置的電力平衡電源，可提供超大電流的電力；用作車輛啟動 電源，啟動效率和可靠性都比傳統的蓄電池高，可以全部或部分替代傳統的蓄電池;用作車 輛的牽引能源可以生產電動汽車、替代傳統的內燃機、改造現有的無軌電車；用在軍事上可 保證坦克車、裝甲車等戰車的順利啟動(尤其是在寒冷的冬季）、作為激光武器的脈沖能源。 超級電容器的核心是電極材料的制備技術，其性能的好壞關鍵取決于電極材料性能的優 劣。
[0003] 已進入工業化生產的是活性炭，它具有低成本、高比表面積等優勢。但是，活性炭 比電容一般在200F/g以下，能量密度小于5wh/kg。這主要是因為活性炭材料導電性很差，在 使用時需要加入高導電性物質如石墨、炭黑、碳纖維等以提高其導電性，降低電極內阻。這 些導電材料在電極中的唯一作用就是增加活性炭顆粒之間的導電性，由于其比表面積很 小，對整個電極的儲能幾乎沒有貢獻。導電材料的添加量一般為電極質量的10~20%。因 此，導電材料的加入在很大程度上降低了超級電容器的性能。因此，優異導電性的電極材料 是目前超級電容器電極材料研究的熱點問題。中國專利ZL201310031445.1公開了 一種活 性炭/碳納米管復合氣凝膠電極材料的制備方法，以碳纖維布或石墨紙為集流體，以酚醛樹 脂為碳源，采用超臨界干燥或者冷凍干燥的方法原位制備活性炭/碳納米管復合氣凝膠電 極材料，該方法制得的電極材料在常溫下比電容高達390F/g。但是超臨界干燥需要高溫高 壓等極限環境，對于設備要求高，生產成本高，而且碳纖維布和石墨紙集流體的體積對于比 容量也沒貢獻。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，本發明針對現有技術存在之缺失，本發明的目的在于提供本發明的目 的在于提供一種超級電容器高導電活性炭電極制備方法，其能有效增加復合材料的比表面 積，同時改善復合電極材料內部結構，形成大孔、介孔和微孔共存的分級孔結構，進一步提 高電極材料的比電容性能。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用如下之技術方案:一種超級電容器高導電活性炭電 極制備方法，包括有如下步驟：
[0006] 1)氧化石墨烯/活性炭混合物的制備：
[0007] 將活性炭原料加入氧化石墨烯溶液中，超聲條件下，在80°C~100°C反應lh~10h， 反應結束后，得到混合物溶液；
[0008] 2)石墨烯/活性炭電極的制備：
[0009] 將1)得到的混合物溶液加入聚四氟乙烯容器中，再加入催化劑，密封后在80°C~ 200°C反應lh~10h，反應結束后用蒸餾水充分清洗，在80-100°C下干燥12-24h，得到高導電 活性炭電極，此時活性炭分布在石墨稀的三維泡沫結構中。
[0010] 作為一種優選方案，所述催化劑的加入量為混合物溶液質量的5%-10%。
[0011] 作為一種優選方案，步驟（1)中所述的氧化石墨烯溶液為HUMMERS法制備，其濃度 0·卜 3%〇
[0012] 作為一種優選方案，步驟（1)中所述的活性炭原料為木質活性炭和秸桿活性炭中 的一種或兩者的組合物。
[0013] 作為一種優選方案，步驟(2)中所述的催化劑為無水乙醇、乙醇或者乙二醇的一種 或多種。
[0014] 作為一種優選方案，所述活性炭與氧化石墨烯的質量比為19-99:1。
[0015]本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體為：
[0016] 1、本發明所制備的活性炭分散在石墨烯三維網絡結構中，使用水熱技術制備得到 氣凝膠結構，可進一步增加復合材料的比表面積，同時改善復合電極材料內部結構，形成大 孔、介孔和微孔共存的分級孔結構，進一步提高電極材料的比電容性能。同時利用與石墨烯 很好的結合，大大提高了極片本身的電導率，在制備出的電極中，石墨烯水熱自組裝形成的 氣凝膠結構可以充當集流體，從而省去將電極材料粉末涂在金屬集流體上等工序，可以直 接提高超級電容器能量/功率密度，降低系統等效內阻，提高系統安全可靠性。
[0017] 2、該高導電活性炭材料的制備方法簡單、可操作性強，適合大批量制備，其所用原 料可以選取來源廣泛的原料，具有非常廣闊的應用前景。
【具體實施方式】
[0018] 實施例1
[0019 ] -種超級電容器高導電活性炭電極制備方法，包括有如下步驟：
[0020] 1)氧化石墨烯/活性炭混合物的制備：
[0021] 將活性炭原料加入氧化石墨烯溶液中，活性炭與氧化石墨烯的質量比為19:1，超 聲條件下，在l〇〇°C反應lh，反應結束后，得到混合物溶液;其中，氧化石墨烯溶液為HUMMERS 法制備，其濃度〇. 1 %。該活性炭原料為木質活性炭和秸桿活性炭的組合物。
[0022] 2)石墨烯/活性炭電極的制備：
[0023]將1)得到的混合物溶液加入聚四氟乙烯容器中，再加入催化劑，密封后在80°C°C反應l〇h，反應結束后用蒸餾水充分清洗，在80°C下干燥24h，得到高導電活性炭電極。該催 化劑為無水乙醇，其加入量為混合物溶液質量的5%。
[0024] 實施例2
[0025] -種超級電容器高導電活性炭電極制備方法，包括有如下步驟：
[0026] 1)氧化石墨烯/活性炭混合物的制備：
[0027]將活性炭原料加入氧化石墨烯溶液中，活性炭與氧化石墨烯的質量比為99:1，超 聲條件下，在80°C反應10h，反應結束后，得到混合物溶液;其中，氧化石墨烯溶液為HUMMERS 法制備，其濃度3%。該活性炭原料為秸桿活性炭。
[0028] 2)石墨烯/活性炭電極的制備：
[0029]將1)得到的混合