一种超级电容器高导电活性炭电极制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电极领域技术，特别是提供一种超级电容器高导电活性炭电极制备方 法。
【背景技术】
[0002] 超级电容器又叫双电层电容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)是一种新 型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超 级电容器用途广泛。用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动 电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池;用作车 辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车；用在军事上可 保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动(尤其是在寒冷的冬季）、作为激光武器的脉冲能源。 超级电容器的核心是电极材料的制备技术，其性能的好坏关键取决于电极材料性能的优 劣。
[0003] 已进入工业化生产的是活性炭，它具有低成本、高比表面积等优势。但是，活性炭 比电容一般在200F/g以下，能量密度小于5wh/kg。这主要是因为活性炭材料导电性很差，在 使用时需要加入高导电性物质如石墨、炭黑、碳纤维等以提高其导电性，降低电极内阻。这 些导电材料在电极中的唯一作用就是增加活性炭颗粒之间的导电性，由于其比表面积很 小，对整个电极的储能几乎没有贡献。导电材料的添加量一般为电极质量的10~20%。因 此，导电材料的加入在很大程度上降低了超级电容器的性能。因此，优异导电性的电极材料 是目前超级电容器电极材料研究的热点问题。中国专利ZL201310031445.1公开了 一种活 性炭/碳纳米管复合气凝胶电极材料的制备方法，以碳纤维布或石墨纸为集流体，以酚醛树 脂为碳源，采用超临界干燥或者冷冻干燥的方法原位制备活性炭/碳纳米管复合气凝胶电 极材料，该方法制得的电极材料在常温下比电容高达390F/g。但是超临界干燥需要高温高 压等极限环境，对于设备要求高，生产成本高，而且碳纤维布和石墨纸集流体的体积对于比 容量也没贡献。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，本发明的目的在于提供本发明的目 的在于提供一种超级电容器高导电活性炭电极制备方法，其能有效增加复合材料的比表面 积，同时改善复合电极材料内部结构，形成大孔、介孔和微孔共存的分级孔结构，进一步提 高电极材料的比电容性能。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案:一种超级电容器高导电活性炭电 极制备方法，包括有如下步骤：
[0006] 1)氧化石墨烯/活性炭混合物的制备：
[0007] 将活性炭原料加入氧化石墨烯溶液中，超声条件下，在80°C~100°C反应lh~10h， 反应结束后，得到混合物溶液；
[0008] 2)石墨烯/活性炭电极的制备：
[0009] 将1)得到的混合物溶液加入聚四氟乙烯容器中，再加入催化剂，密封后在80°C~ 200°C反应lh~10h，反应结束后用蒸馏水充分清洗，在80-100°C下干燥12-24h，得到高导电 活性炭电极，此时活性炭分布在石墨稀的三维泡沫结构中。
[0010] 作为一种优选方案，所述催化剂的加入量为混合物溶液质量的5%-10%。
[0011] 作为一种优选方案，步骤（1)中所述的氧化石墨烯溶液为HUMMERS法制备，其浓度 0·卜 3%〇
[0012] 作为一种优选方案，步骤（1)中所述的活性炭原料为木质活性炭和秸杆活性炭中 的一种或两者的组合物。
[0013] 作为一种优选方案，步骤(2)中所述的催化剂为无水乙醇、乙醇或者乙二醇的一种 或多种。
[0014] 作为一种优选方案，所述活性炭与氧化石墨烯的质量比为19-99:1。
[0015]本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体为：
[0016] 1、本发明所制备的活性炭分散在石墨烯三维网络结构中，使用水热技术制备得到 气凝胶结构，可进一步增加复合材料的比表面积，同时改善复合电极材料内部结构，形成大 孔、介孔和微孔共存的分级孔结构，进一步提高电极材料的比电容性能。同时利用与石墨烯 很好的结合，大大提高了极片本身的电导率，在制备出的电极中，石墨烯水热自组装形成的 气凝胶结构可以充当集流体，从而省去将电极材料粉末涂在金属集流体上等工序，可以直 接提高超级电容器能量/功率密度，降低系统等效内阻，提高系统安全可靠性。
[0017] 2、该高导电活性炭材料的制备方法简单、可操作性强，适合大批量制备，其所用原 料可以选取来源广泛的原料，具有非常广阔的应用前景。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1
[0019 ] -种超级电容器高导电活性炭电极制备方法，包括有如下步骤：
[0020] 1)氧化石墨烯/活性炭混合物的制备：
[0021] 将活性炭原料加入氧化石墨烯溶液中，活性炭与氧化石墨烯的质量比为19:1，超 声条件下，在l〇〇°C反应lh，反应结束后，得到混合物溶液;其中，氧化石墨烯溶液为HUMMERS 法制备，其浓度〇. 1 %。该活性炭原料为木质活性炭和秸杆活性炭的组合物。
[0022] 2)石墨烯/活性炭电极的制备：
[0023]将1)得到的混合物溶液加入聚四氟乙烯容器中，再加入催化剂，密封后在80°C°C反应l〇h，反应结束后用蒸馏水充分清洗，在80°C下干燥24h，得到高导电活性炭电极。该催 化剂为无水乙醇，其加入量为混合物溶液质量的5%。
[0024] 实施例2
[0025] -种超级电容器高导电活性炭电极制备方法，包括有如下步骤：
[0026] 1)氧化石墨烯/活性炭混合物的制备：
[0027]将活性炭原料加入氧化石墨烯溶液中，活性炭与氧化石墨烯的质量比为99:1，超 声条件下，在80°C反应10h，反应结束后，得到混合物溶液;其中，氧化石墨烯溶液为HUMMERS 法制备，其浓度3%。该活性炭原料为秸杆活性炭。
[0028] 2)石墨烯/活性炭电极的制备：
[0029]将1)得到的混合