专利名称：一种准一维纳米碳质材料电双层电容器及其制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电容器，特别提供了一种高容量的准一维纳米碳质材料电双层电容器。
本发明提供了一种准一维纳米碳质材料电双层电容器，电极由准一维纳米碳质材料构成，其特征在于所述准一维纳米碳质材料表面复合一层聚合物，聚合物单体选自含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素的单环芳香族，含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素单杂环的有机物。
本发明准一维纳米碳质材料电双层电容器中，所述准一维纳米碳质材料外径为3～160nm。准一维纳米碳质材料是指直径在100nm左右纤维状结构的碳质材料，主要包括单壁纳米碳管、多壁纳米碳管和纳米碳纤维。本发明包括所有这些材料。
本发明还提供了准一维纳米碳质材料电双层电容器的制备方法，其特征在于所述准一维纳米碳质材料表面复合聚合物的反应在盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、醋酸、甲酸、苯甲酸的有机或无机酸溶液的反应体系中进行，引发剂为过硫酸盐或可溶性铁盐，反应温度为室温。
本发明准一维纳米碳质材料电双层电容器的制备方法中，所述准一维纳米碳质材料表面复合聚合物前进行酸处理和热处理；所用的酸为高锰酸钾、硫酸和盐酸；热处理温度300～900℃，氩气保护，2～4小时。
本发明使用独特的纯化方法，准一维纳米碳质材料的电容量为20F/g左右。经化学修饰后，在其它条件相同条件下，准一维纳米碳质材料比容量可达100～160F/g。经修饰的准一维纳米碳质材料应用于电双层电容器电极时，提高了电容量和比功率。
称取修饰后的准一维纳米碳质材料，与镍片一起压片成型。制作两片，然后装配成电容器。聚合物修饰准一维纳米碳质材料可用在电双层电容，能提高其电双层容量。
具体实施例方式本发明实施例均使用外径为3～160nm的准一维纳米碳质材料，用高锰酸钾和1～2mol/L的硫酸于120℃～200℃加热5～10小时。去离子水洗涤、φ0.3～0.8μm滤膜过滤。重复洗涤过滤步骤，直至滤液用pH试纸检测约为6.5～7.5，且加入硝酸钡后滤液无混浊，说明硫酸根离子已被洗净。用3～6mol/L盐酸浸泡2～6小时。反复用去离子水洗涤、滤膜过滤，直至滤液用pH试纸检测约为6.5～7.5，且0.1mol/L硝酸银溶液滴入滤液后，无混浊现象。40～80℃真空干燥24～36小时。然后进行热处理，退火炉升温速率为15～45分钟，300～900℃氩气保护2～4小时。取出样品添加到0.05-0.5克单体的0.05～0.5mol/L无机酸或有机酸(盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、醋酸、甲酸、苯甲酸)溶液中，超声分散0.5-1.5小时，加入0.1～1.5克引发剂过硫酸盐或可溶铁盐。室温搅拌0.5-2小时，用去离子水洗涤、滤膜过滤。直至溶液中所含的各种离子浓度低于10-5mol/L。40～100℃真空干燥6～12小时，得到经化学修饰后的准一维纳米碳质材料。采用这种化学修饰后的准一维纳米碳质材料作为电化学电容器的电极，装配成电容器单元，在电化学测试仪上进行性能测试。
实施例1取用专利号为01138865.X的方法制得的，平均外径约为110nm的纳米碳纤维，用高锰酸钾和硫酸处理。称取30mg，加到浓度为0.2mol/L的25mL醋酸溶液中，再加入0.35克苯胺，超声分散0.5小时。在室温下搅拌0.5小时，加入0.5克过硫酸铵，继续搅拌1.5小时。去离子水洗涤，滤膜过滤。40℃真空干燥10小时。称取10mg修饰后的纳米碳纤维，以泡沫镍(370mg)为基体一起压片成型。制作两片这样的镍片，然后装配成电容器。以6mol/L氢氧化钾为电解液，用电化学测试仪采用恒流放电法进行测量。充放电流为1mA，电压范围取0.02V～1V，电容量的计算值在最高电压的50％～60％，测得其电容量为120F/g。
对比例1称取10mg专利号为01138865.X的方法制得的，纯化后的平均外径约为110nm的纳米碳纤维，以泡沫镍(370mg)为基体一起压片成型。制作两片这样的镍片，然后装配成电容器。以6mol/L氢氧化钾为电解液，用电化学测试仪测得其电容量为9F/g。
实施例2取用专利号为01138865.X的方法制得的，平均外径约为80nm的多壁纳米碳管，用高锰酸钾和硫酸处理。称取15mg，加到浓度为0.05mol/L的30mL高氯酸(HClO4)溶液中，再加入0.29克苯胺，超声波分散0.5小时。在室温下搅拌1.5小时，加入0.4克的过硫酸钾，继续搅拌0.5小时。去离子水洗涤，滤膜过滤。60℃真空干燥8小时。称取20mg修饰后的多壁纳米碳管，以泡沫镍(370mg)为基体一起压片成型。制作两片这样的镍片，然后装配成电容器。用电化学测试仪采用恒流放电法进行测量。充放电流为5mA，电压范围取0.02V～1V，电容量的计算值在最高电压的50％～60％，测得其电容量为128F/g。
对比例2称取20mg专利号为01138865.X的方法制得的，纯化后的平均外径约为80nm的多壁纳米碳管，以泡沫镍(370mg)为基体一起压片成型。制作两片这样的镍片，然后装配成电容器。以6mol/L氢氧化钾为电解液，用电化学测试仪测得其电容量为12F/g。
实施例3取用专利号为97119825.X的方法制得的，平均外径约为3nm的单壁纳米碳管，用高锰酸钾和硫酸处理。称取25mg，加到浓度为0.1mol/L的50mL硝酸溶液中，再加入0.25克吡咯，超声分散1.5小时。在室温下搅拌1.5小时，加入0.8克三氯化铁，继续搅拌0.5小时。去离子水洗涤，过滤。75℃真空干燥9小时。称取30mg修饰后的单壁纳米碳管，以泡沫镍(370mg)为基体一起压片成型。制作两片这样的镍片，然后装配成电容器。用电化学测试仪采用恒流放电法进行测量。充放电流为3mA，电压范围取0.02V～1V，电容量的计算值在最高电压的50％～60％，测定其电容量为160F/g。
对比例3称取30mg专利号为97119825.X的方法制得的，纯化后的平均外径约为3nm的单壁纳米碳管，以泡沫镍(370mg)为基体一起压片成型。制作两片这样的镍片，然后装配成电容器。以6mol/L氢氧化钾为电解液，用电化学测试仪进行测得其电容量为15F/g。
实施例4取用专利号为01138865.X的方法制得的，平均外径约为50nm的多壁纳米碳管，用高锰酸钾和硫酸处理。称取20mg，加到浓度为0.1mol/L的25mL盐酸溶液中，再加入0.18克吡咯，超声分散0.5小时。在室温下搅拌1小时，加入0.37克过硫酸钠，继续搅拌1.5小时。去离子水洗涤，滤膜过滤。80℃真空干燥9小时。称取5mg修饰后的多壁纳米碳管，以泡沫镍(370mg)为基体一起压片成型。制作两片这样的镍片，然后装配成电容器。用电化学测试仪采用恒流放电法进行测量。充放电流为10mA，电压范围取0.02V～1V，电容量的计算值在最高电压的50％～60％，测定其电容量为138F/g。
对比例4
称取5mg专利号为01138865.X的方法制得的，纯化后的平均外径约为50nm的多壁纳米碳管，以泡沫镍(370mg)为基体一起压片成型。制作两片这样的镍片，然后装配成电容器。以6mol/L氢氧化钾为电解液，用电化学测试仪进行测得其电容量为13F/g。
实施例5取用专利号为01138865.X的方法制得的，平均外径约为125nm的纳米碳纤维，用高锰酸钾和硫酸处理。称取20mg，加到浓度为0.2mol/L的25mL盐酸溶液中，再加入0.25克噻吩，超声分散1.5小时。在室温下搅拌1小时，加入0.44克过硫酸钠，继续搅拌1.5小时。去离子水洗涤，滤膜过滤。60℃真空干燥10小时。称取7.5mg修饰后的纳米碳纤维，以泡沫镍(370mg)为基体一起压片成型。制作两片这样的镍片，然后装配成电容器。用电化学测试仪采用恒流放电法进行测量。充放电流为10mA，电压范围取0.02V～1V，电容量的计算值在最高电压的50％～60％，测定其电容量为102F/g。
对比例5称取7.5mg专利号为01138865.X的方法制得的，纯化后的平均外径约为125nm的纳米碳纤维，以泡沫镍(370mg)为基体一起压片成型。制作两片这样的镍片，然后装配成电容器。以6mol/L氢氧化钾为电解液，用电化学测试仪进行测得其电容量为5F/g。
权利要求
1.一种准一维纳米碳质材料电双层电容器，电极含有准一维纳米碳质材料，其特征在于所述准一维纳米碳质材料表面复合一层聚合物，聚合物单体选自含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素的单环芳香族，含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素单杂环的有机物。
2.按权利要求1所述准一维纳米碳质材料电双层电容器，其特征在于所述准一维纳米碳质材料外径为3～160nm。
3.按权利要求1所述准一维纳米碳质材料电双层电容器，其特征在于所述电极由准一维纳米碳质材料与镍片复合而成。
4.一种权利要求1所述准一维纳米碳质材料电双层电容器的制备方法，其特征在于所述准一维纳米碳质材料表面复合聚合物的反应在盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、醋酸、甲酸、苯甲酸的有机或无机酸溶液的反应体系中进行，引发剂为过硫酸盐或可溶性铁盐，反应温度为室温。
5.按权利要求4所述准一维纳米碳质材料电双层电容器的制备方法，其特征在于所述准一维纳米碳质材料表面复合聚合物前进行酸处理和热处理；所用的酸为高锰酸钾、硫酸和盐酸；热处理温度300～900℃，氩气保护，2～4小时。
全文摘要
一种准一维纳米碳质材料电双层电容器，电极含有准一维纳米碳质材料，其特征在于所述准一维纳米碳质材料表面复合一层聚合物，聚合物单体选自含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素的单环芳香族，含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素单杂环的有机物。本发明电双层电容器容量得到显著提高。
文档编号H01G9/155GK1462048SQ0210974
公开日2003年12月17日 申请日期2002年5月28日 优先权日2002年5月28日
发明者成会明, 李莉香, 刘辰光, 李峰, 英哲 申请人:中国科学院金属研究所