超级电容器的纳米多孔碳气凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于超级电容器技术领域，尤其是一种超级电容器的纳米多孔碳气凝胶的 制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，超级电容器作为一种性能卓越的致密能源，成为国际上发达国家材料、电 子、化学、物理等多学科研究的最活跃的研究领域之一，其目标是制备高比功率、高比容量 的致密能源所需的电极材料以及宽电化学窗的、导电率高的电解质，进而制备超大功率、超 高容量可用于动力用途的大型超级电容器。目前主流制造超级电容器的材料是活性炭，但 活性炭的比容量和比表面积有所局限，难以实现更好的比容量。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够有效提高超级 电容器比容量的超级电容器的纳米多孔碳气凝胶的制备方法。
[0004] 本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0005] -种超级电容器的纳米多孔碳气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1、在超级电容器的K0H电解液中加入浓度为3. 0?4.OXl(T2mol/L的以下 任一种离子溶液Al3+，Li+，Zn2+，Cu2+，Pb2+ ;
[0007] 步骤2、使用上述离子溶液修饰碳气凝胶粉，使得碳气凝胶的微孔里沉积出上述离 子，从而得到超级电容器的纳米多孔碳气凝胶。
[0008] 而且，所述修饰碳气凝胶粉的方法为：将用Pb(N03)2溶液在真空条件下浸泡碳气 凝胶，使得Pb(N03) 2溶液完全进入碳气凝胶的微孔里，过滤出来游离的溶液，再加入NaOH 溶液进行搅拌，使得碳气凝胶的表面上沉积Pb(0H) 2，抽滤得到沉积5?30%Pb(0H) 2的 碳气凝胶。
[0009] 而且，所述修饰碳气凝胶粉的方法为：用Pb(N03)2溶液在真空条件下浸泡碳气凝 胶，使得Pb(N03) 2溶液完全进入碳气凝胶的微孔里，过滤出来游离的溶液，再加入K0H溶 液，搅拌，使得碳气凝胶的表面上Pb(0H)2沉积，抽滤得到沉积5?30%Pb(01〇2的碳气凝 胶。
[0010] 本发明的优点和积极效果是：
[0011] 1、本发明通过金属离子在碳气凝胶表面进行欠电位沉积，为电化学双层电容器提 供法拉第准电容，使用本方法制备的超级电容器与蓄电池或其他电池配合组成符合电池， 有效地解决了现有电池不能同时满足高功率、大容量、快速充电要求的难题，可以应用于航 天军事通信等高要求领域，具有较高的应用价值。
[0012] 2、本发明设计合理以纳米多孔作为超级电容器的活性物质，具有比传统的活性炭 拥有更好的比容量，同时碳气凝胶的结构人工可控，可以针对要求的比表面积和孔径进行 有目标的制造，所以对纳米多孔碳气凝胶进行欠电位沉积，拥有更大的潜力。
【具体实施方式】
[0013] 以下对结合实施例对本发明做进一步详述。
[0014] 一种超级电容器的纳米多孔碳气凝胶的制备方法，将以下任一种金属离子 Al3+，Li+，Zn2+，Cu2+，Pb2+在碳气凝胶表面进行欠电位沉积，为电化学双层电容器提供法拉第 准电容。具体包括以下步骤：
[0015] 步骤1、在超级电容器的K0H电解液中加入浓度为3. 0?4. 0Xl(T2mol/L的以下 任一种离子溶液Al3+，Li+，Zn2+，Cu2+，Pb2+ ;
[0016] 步骤2、使用上述离子溶液修饰碳气凝胶粉，使得碳气凝胶的微孔里沉积出上述离 子，从而得到超级电容器的纳米多孔碳气凝胶。
[0017] 在本步骤中，修饰碳气凝胶粉的方法可以以下两种：
[0018] 方法1是：将用Pb(N03) 2溶液在真空条件下浸泡碳气凝胶，使得Pb(N03) 2溶液 完全进入碳气凝胶的微孔里，过滤出来游离的溶液，再加入NaOH溶液进行搅拌，使得碳气 凝胶的表面上沉积Pb(0H) 2，抽滤得到沉积5?30%Pb(0H) 2的碳气凝胶。
[0019] 方法2是：用Pb(N03) 2溶液在真空条件下浸泡碳气凝胶，使得Pb(N03) 2溶液完 全进入碳气凝胶的微孔里，过滤出来游离的溶液，再加入K0H溶液，搅拌，使得碳气凝胶的 表面上Pb(0H) 2沉积，抽滤得到沉积5?30%Pb(0H) 2的碳气凝胶。
[0020] 实施例1
[0021] 在超级电容器K0H电解液中加入含3.lXl(T2mol/LPb2+的Pb(Ac)2，通过超级电 容器充放电活化过程使得金属离子以Pb(0H) 2的形式沉积在碳气凝胶表面上。
[0022] 实施例2
[0023] 在超级电容器K0H电解液中加入含4. 0Xl(T2mol/LPb2+的Pb(Ac)2，通过超级电 容器充放电活化过程使得金属离子以Pb(0H) 2的形式沉积在碳气凝胶表面上。
[0024] 利用法拉第准电容为双层电容器提高电容的技术是非常有意义的。本发明选择能 够在碳气凝胶材料表面发生欠电位沉积的金属离子，以提高碳气凝胶电极的比电容，从而 增加超级电容器的容量。单体双层电容器以高比表面积材料，如碳气凝胶固/液几面处的 双层电容为基础，与传统的电容器类似，电能的储存是以横快电极/溶液界面的电解制双 层内的充电为基础的，当把直流电压施加到电极的界面时，电双层就建立起储存电能。储存 在双层中的电能与电极的表面积成正比，和双层厚度成反比。电化学双层电容器是包含一 对理想极化电极的装置；换句话说，只有在操作电位范围内部发生法拉第反应的那些装置 才可以认为是电化学双层电容器，并且所有积聚的电荷都用来形成导体/溶液间的双层。 所谓的超级电容，除双层储存、电能外，还包括它在电极界面上发生的二维和准二位的法拉 第反应，这部分反应使得电能转变为化学能储存在界面。金属离子在电极电位低于可逆的 平衡电极电位时才能在电极上还原为金属，而一些金属离子在电极电位正于可逆的平衡电 极电位时就会沉积在异种金属的基片上，形成金属单原子层，即所谓欠电位沉积。这个过程 不同于一般的沉积过程，形成的是金属原子弹曾。由于电极/电解制界面的热力学原因，欠 电位沉积，如H或Pb在稀有金属上的单层沉积，能够发生在新相的三维沉积之前，所以电极 的表面被部分覆盖；这样就形成了电吸收式准电容。
[0025] 在理论上可能在碳气凝胶表面发生金属离子的欠电位沉积，只要对制定的 金属离子进行欠电位沉积，就会对超级电容器增加容量做出可观的贡献。以Pb为 例，Pb2+在电容器中以碱性Pb(0H)2形式沉积在负极活性炭的表面上，当电容器进 行充放电时负极发生电化学反应。为电容器工作提供了法拉第准电容，其负极为：
【主权项】
1. 一种超级电容器的纳米多孔碳气凝胶的制备方法，其特征在于，包括w下步骤： 步骤1、在超级电容器的KOH电解液中加入浓度为3. 0?4. 0X l〇-2mol/L的W下任一 种离子溶液AP，Li+，化"，Cu"，化"； 步骤2、使用上述离子溶液修饰碳气凝胶粉，使得碳气凝胶的微孔里沉积出上述离子， 从而得到超级电容器的纳米多孔碳气凝胶。
2. 根据权利要求1所述的超级电容器的纳米多孔碳气凝胶的制备方法，其特征在于： 所述修饰碳气凝胶粉的方法为；将用化（N03) 2溶液在真空条件下浸泡碳气凝胶，使得化 (N03)2溶液完全进入碳气凝胶的微孔里，过滤出来游离的溶液，再加入化0H溶液进行揽拌， 使得碳气凝胶的表面上沉积化（0H) 2,抽滤得到沉积5?30%Pb (0H) 2的碳气凝胶。
3. 根据权利要求1所述的超级电容器的纳米多孔碳气凝胶的制备方法，其特征在于： 所述修饰碳气凝胶粉的方法为；用化(M)3)2溶液在真空条件下浸泡碳气凝胶，使得化(N03) 2溶液完全进入碳气凝胶的微孔里，过滤出来游离的溶液，再加入KOH溶液，揽拌，使得碳气 凝胶的表面上化（0H) 2沉积，抽滤得到沉积5?30%Pb (0H) 2的碳气凝胶。
【专利摘要】本发明涉及一种超级电容器的纳米多孔碳气凝胶的制备方法，包括以下步骤：在超级电容器的KOH电解液中加入浓度为3.0～4.0×10-2mol/L的以下任一种离子溶液Al3+,Li+,Zn2+,Cu2+，Pb2+；使用上述离子溶液修饰碳气凝胶粉，使得碳气凝胶的微孔里沉积出上述离子，从而得到超级电容器的纳米多孔碳气凝胶。本发明通过金属离子在碳气凝胶表面进行欠电位沉积，为电化学双层电容器提供法拉第准电容，使用本方法制备的超级电容器与蓄电池或其他电池配合组成符合电池，有效地解决了现有电池不能同时满足高功率、大容量、快速充电要求的难题，可以应用于航天军事通信等高要求领域，具有较高的应用价值。
【IPC分类】H01G11-86
【公开号】CN104576084
【申请号】CN201310472425
【发明人】关大勇
【申请人】天津得瑞丰凯新材料科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月11日