一种多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法_3

文档序号:9845254阅读:来源:国知局
](10)按计量秤取硝酸铜、将其溶解在去离子水中配成2.0mol/L的溶液A,按计量秤取硝酸铵、将其溶解在去离子水中配成4.0mo 1/L的溶液B。将溶液A与溶液B按摩尔数比为1:2进行混合,即配制出本发明所要求的铜离子氧化还原电解液。
[0060](11)多孔活性炭电极的制备:按多孔活性炭材料、导电剂、粘结剂的质量百分比为80:10:10的比例,首先将粘结剂溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中,配成0.05g.ml—1的溶液,再将本发明所制备的多孔活性炭材料、导电剂按计量加入到粘结剂溶液中,搅拌均匀至膏状,然后涂覆在泡沫镍集流体上,再将其在120°C的真空干燥箱中烘干12h,经辊压后裁成一定尺寸的电极片,即制备出超级电容器多孔活性炭电极。
[0061](12)将制备的直径为2cm的孔活性炭电极片、三菱公司的电池尼龙布隔膜、按多孔活性炭电极/隔膜/多孔活性炭电极依次放入特制的电池模具中构造成二电极的三明治结构,再滴加步骤(10)所得的铜离子氧化还原电解液后将电池模具紧固密封,即组装成所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器。
[0062](13)对多孔活性炭/铜离子超级电容器进行电化学性能测试:采用上海辰华公司生产的CHI660A电化学工作站、深圳市新威尔电子有限公司生产的BTS-3000电池测试仪,在室温、电位窗口为O?0.9V下,对所构造的超级电器进行循环伏安、循环寿命、能量密度与功率密度性能等测试。由循环伏安图6可见,有一对明显的氧化还原峰出现。电压0.444V处为氧化峰,电压0.324V处为还原峰;由循环寿命图9可知,所制备的超级电容器经过六千次恒流充放电循环后,仍保持着最初比容量的86.5% (326F/g),说明其具有良好的循环寿命。由能量密度和功率密度图1Oa可知,所制备超级电容器具有高的能量密度和功率密度。在功率密度为855.1W/kg时,能量密度达51.3W h/kg。
[0063]实施例2
[0064](I)将花生油渣在100°C下热风干燥24h后进行粉碎、再通过80目的筛分,获得筛下物。
[0065](2)采用0.5mol/L浓度的NaOH溶液、液/固比为6、温度为40°C、搅拌时间为5h对步骤(I)获得的原料进行碱处理,再用去离子水洗涤抽滤至PH值为中性,将处理后的样品放入温度为110 °C的真空干燥箱中干燥至恒重。
[0066](3)在步骤(2)获得的原料中加入蒸馏水配成液/固比为8的混合物,并将此混合物转移到内胆为聚四氟乙烯的高压水热反应釜中,其体积填充率为0.75,在温度为210°C下水热处理12h之后冷却到室温,将水热产物洗涤与抽滤至中性,然后在100°C温度下真空干燥至恒重,即得到水热碳焦。
[0067](4)将碳酸钠配成3.0mol/L浓度的溶液,再将步骤(3)所制得的水热碳焦按照与碳酸钠1.0的质量比加入其中,然后在室温下混合搅拌5h,再将其中的水份蒸干至恒重,制备出均匀掺和了碳酸钠活化剂的水热碳焦混合物。
[0068](5)将步骤(4)制备的混合物置于高温炉中,在纯氮气的流量为150ml/min的环境中900°C恒温3h进行碳化与活化处理后、随炉冷却到室温,取出样品分别采用lmol/L的盐酸和蒸馏水洗涤抽滤至中性,最后将其在温度为100 0C的真空干燥箱中干燥至恒重,制备出碳酸钠活化的第一段活性炭材料。
[0069](6)将步骤(5)制备的第一段活性炭材料置于高温炉中,用含氧气10%和氨气气90% (体积百分数)的混合气体环境、混合气体的流量为100ml/min,在350°C温度下进行恒温气氛处理2h,制备出多孔活性炭电极材料。
[0070](7)采用JE0LJEM-3010型扫描电子显微镜对实施例2所制备的多孔活性炭材料进行测试,其结果如图2所示,所制备活性炭材料具有独特的互联多孔结构且孔壁较薄,孔壁厚度在5-8nm范围内。
[0071](8)采用TriStar II 3020型比表面积和孔径分布仪对实施例2所制备的多孔活性炭材料进行测试,其结果如图4b所示,所制备的多孔活性炭材料的孔径主要分布在微孔范围,还有大量的大孔和部分的介孔。比表面积为1297m2/g,其中微孔面积为740m2/g,其余面积由大孔和介孔面积组成,平均孔径为1.2nm.
[0072](9)采用XRD-6000型X-射线衍射仪对实施例1所制备的多孔活性炭材料的晶型进行测试,如图5b所示,在2Θ = 22.1°,43.8°处两个峰对应着石墨晶体的(002)和(100)特征峰,宽而弱的(002)峰以及不明显的(100)峰说明所制备的多孔活性炭材料也为无定形碳。
[0073](10)按计量秤取硫酸铜、将其溶解在去离子水中配成2.0mol/L的溶液A,按计量秤取硫酸铵、将其溶解在去离子水中配成2.0mo 1/L的溶液B。将溶液A与溶液B按摩尔数比为1:1进行混合,即配制出铜离子氧化还原电解液。
[0074](11)多孔活性炭电极的制备:按多孔活性炭材料、导电剂、粘结剂的质量百分比为85:10:5的比例,首先将粘结剂溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中,配成0.05g.ml—1的溶液,再将本发明所制备的多孔活性炭材料、导电剂按计量加入到粘结剂溶液中,搅拌均匀至膏状,然后涂覆在泡沫镍集流体上,再将其在120°C的真空干燥箱中烘干12h,经辊压后裁成一定尺寸的电极片,即制备出超级电容器多孔活性炭电极。
[0075]步骤(12)同实施例1。
[0076](13)对多孔活性炭/铜离子超级电容器进行电化学性能测试:采用上海辰华公司生产的CHI660A电化学工作站、深圳市新威尔电子有限公司生产的BTS-3000电池测试仪,在室温、电位窗口为O?0.9V下,对所构造的超级电器进行恒流充放电、能量密度与功率密度性能等测试。由恒流充放电图7可见,电流密度为lA/g和20A/g时,比电容分别达到492F/g和285F/g;由能量密度和功率密度图图1Ob可知,所制备超级电容器具有高的能量密度和功率密度。在功率密度为1020.4W/kg时,能量密度达39.5ff h/kg。
[0077]实施例3
[0078](I)将葵花籽油渣在100°C下热风干燥48h后进行粉碎、再通过120目的筛分,获得筛下物。
[0079](2)采用2.0mol/L浓度的盐酸、液/固比为7、温度为55°C、搅拌时间为5h对步骤(I)获得的原料进行酸处理,再用去离子水洗涤抽滤至PH值为中性,将处理后的样品放入温度为100°C的真空干燥箱中干燥至恒重。
[0080](3)在步骤(2)获得的原料中加入蒸馏水配成液/固比为7的混合物,并将此混合物转移到内胆为聚四氟乙烯的高压水热反应釜中,其体积填充率为0.7,在温度为180°C下水热处理36h之后冷却到室温,将水热产物洗涤与抽滤至中性,然后在100°C温度下真空干燥至恒重,即得到水热碳焦。
[0081](4)将碳酸氢钾配成2.0mol/L浓度的溶液,再将步骤(3)所制得的水热碳焦按照与碳酸氢钾1.0的质量比加入其中,然后在室温下混合搅拌5h,再将其中的水份蒸干至恒重,制备出均匀掺和了碳酸氢钾活化剂的水热碳焦混合物。
[0082](5)将步骤(4)制备的混合物置于高温炉中,在纯氩气的流量为200ml/min的环境中100tC恒温4h进行碳化与活化处理后、随炉冷却到室温,取出样品后分别采用2mol/L的盐酸和蒸馏水将样品洗涤抽滤至中性,最后将其在温度为10tC的真空干燥箱中干燥至恒重,制备出碳酸氢钾活化的第一段活性炭材料。
[0083](6)将步骤(5)制备的第一段活性炭材料置于高温炉中,用含氧气5%和二氧化碳气95% (体积百分数)的混合气体环境、混合气体的流量为100ml/min,在410°C温度下进行恒温气氛处理I h,制备出多孔活性炭电极材料。
[0084](7)采用JE0LJEM-3010型扫描电子显微镜对实施例3所制备的多孔活性炭材料进行测试,其结果如图3所示。所制备活性炭材料具有多孔片状结构特性。
[0085](8)采用Tri
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