一种超级电容器用高导电性多孔碳材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超级电容器用高导电性多孔碳材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器又叫双电层电容器，是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，而只是在其两个多孔的正、负极板上发生阴、阳离子的电吸附和脱附过程，这种储能过程完全可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
[0003]以多孔碳为活性物质的超级电容器原理如下:当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层。由于电容与极板表面积成正比，而与正负电荷之间的间距成反比，而超级电容器的极板面积为多孔碳的比表面积，一般为1000~3000m2/g，比传统电容器的表面积大于3~4个数量级，超级电容器中正负电荷之间的间距约为0.5nm，因此超级电容器的容量非常大，可达到1~5000F，部分特殊设计的电容器甚至达到惊人的十万法拉。
[0004]决定超级电容器性能优劣的关键材料是其电极材料，超级电容器的电极材料大都采用多孔碳材料，一般要求比表面积越高越好，对于同种类型的材料，比表面积越大，材料的导电性越低，同时孔体积越大。但超级电容器要求很高的功率密度和一定体积储能密度，因此对材料的导电性和孔容都有一定的要求，导电性越高越好，孔体积约为1.0-1.3 cm3/go现有技术中，多孔碳材料导电性好的，成本高；成本低的，导电性较差。
【发明内容】
[0005]本发明的发明目的在于提供一种超级电容器用高导电性多孔碳材料的制备方法，制备出的多孔碳材料具有高导电性，同时能够有效降低成本。
[0006]实现本发明目的的技术方案:
一种超级电容器用高导电性多孔碳材料的制备方法，其特征在于:将水溶性碳源溶于氧化石墨烯溶液中，配成均匀的溶液，转入聚四氟乙烯反应釜中进行反应，自然冷却后过滤，乙醇洗涤，干燥，得到碳前躯体包覆石墨烯的合成产物；
将上述碳前躯体包覆石墨烯的合成产物转入管式炉中，惰性气氛下升温后保持恒温，然后自然冷却，得高导电性多孔碳材料。
[0007]聚四氟乙烯反应釜中反应温度为120~200°C，反应时间为2~12小时。
[0008]惰性气氛下恒温的温度范围750~950°C，保温时间为0.5-10小时。
[0009]水溶性碳源与氧化石墨烯的质量比为8:2-59:1。
[0010]水溶性碳源为蔗糖或葡萄糖或蔗糖与葡萄糖的组合。
[0011 ] 氧化石墨烯溶液的浓度为1%。
[0012]本发明具有的有益效果:
本发明采用水热包覆法在氧化石墨烯表面沉积碳前躯体，然后惰性气氛下高温碳化，碳前躯体转化成多孔碳，同时氧化石墨烯转化成导电性更好的石墨烯。本发明利用石墨烯作为导电骨架，石墨烯表面沉积的多孔碳作为主要的储能表面积，一方面因为制备原料中石墨烯的含量较小，所以大幅降低了成本；另一方面石墨烯表面沉积的多孔碳贡献绝大多数储能比表面，同时由于直接与石墨烯相连，所以具有高导电性。通过本发明方法制备的多孔碳材料，导电性高，且大幅降低了制备成本。
[0013]本发明聚四氟乙烯反应釜中反应温度为120~200°C，反应时间为2~12小时；惰性气氛下恒温的温度范围750~950°C，保温时间为0.5-10小时；水溶性碳源与氧化石墨烯的质量比为8:2~59:1，能够进一步保证制备的多孔碳材料具有更佳的导电性。
【具体实施方式】
[0014]将水溶性碳源溶于浓度为1%的氧化石墨烯溶液中，配成均匀的溶液，转入聚四氟乙烯反应釜中进行反应，自然冷却后过滤，乙醇洗涤，干燥，得到碳前躯体包覆石墨烯的合成产物；水溶性碳源为蔗糖、葡萄糖或蔗糖与葡萄糖的组合，水溶性碳源与氧化石墨烯的质量比为8:2~59:1。聚四氟乙烯反应釜中反应温度为120~200°C，反应时间为2~12小时。
[0015]将上述碳前躯体包覆石墨烯的合成产物转入管式炉中，惰性气氛下升温后保持恒温，然后自然冷却，得高导电性多孔碳材料。
[0016]惰性气氛下恒温的温度范围750~950°C，保温时间为0.5-10小时。
[0017]结合实施例，进一步说明本发明的有益效果。
[0018]实施例一
步骤1:碳前躯体包覆石墨稀的合成
称取8.0克蔗糖溶于200克1%的氧化石墨烯溶液中，配成均匀的溶液，转入聚四氟乙烯反应釜中，在200°C反应2小时，自然冷却后过滤，乙醇洗涤，干燥，得到黑色海绵状粉体。
[0019]步骤2:高温碳化
将步骤I所得产物转入管式炉中，惰性气氛下5°C /分钟升温950并恒温0.5小时，自然冷却，得高导电性多孔碳。
[0020]电化学性能测试:
将步骤2所得多孔碳与导电剂乙炔黑、粘结剂聚四氟乙烯按照质量比80: 10: 10混合，用酒精将此混合物调制成半干料，研磨均匀并压成片，冲成圆片，压入两片泡沫镍中，100°C真空干燥24小时，制得实验电池用极片。以铂片为对电极，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液，采用循环伏安法测试材料的比电容。
[0021]按本实施例所制作的材料，以lmV/s的速度扫描时；比电容为367 F/g，以10mV/S的速度扫描时；比电容高达335F/g ;以100mV/S的速度扫描时；比电容为286 F/g。
[0022]实施例二
步骤1:碳前躯体包覆石墨稀的合成称取30.0克蔗糖溶于200克1%的氧化石墨烯溶液中，配成均匀的溶液，转入聚四氟乙烯反应釜中，在160°C反应6小时，自然