专利名称：：超级电容的电极及其制作方法
技术领域：
：本发明有关一种电极及其制作方法，且特别是有关一种超级电容的电极及其制作方法。
背景技术：
：伴随着科技的发展，对于各类计算机、通讯与电子产品效能的要求越趋严格。为提高前述各类产品的效能，前述产品中所使用的电容的电容量与稳定性势必得相应提高，因此便有了超级电容的出现。目前常见的超级电容的结构主要包含一对电极与灌注于对电极之间的电解质。超级电容的电容值主要取决于电极的性质。因此，如何通过电极工艺的持续改进以进一步提高超级电容的电容量为目前业界努力的方向之一。
发明内容本发明的目的是提供一种超级电容的电极及其制作方法。依照本发明一方面提出一种超级电容的电极的制作方法。首先，提供聚丙烯腈纤维织物，此聚丙烯腈纤维织物具有多条直径约为50500nm的聚丙烯腈纤维。接着，对聚丙烯腈纤维织物进行热处理，使形成碳纤织物，其中，碳纤织物包含多条直径约为50500nm的碳纤维。碳纤维的表面具有多个孔径约为150nm的纳米孔，且纳米孔的总表面积约占碳纤维总表面积的8595%。之后，进行碳纤织物的裁切以制成超级电容的电极。依照本发明另一方面提出一种超级电容的电极。此电极包含多条直径约为50500nm的碳纤维。碳纤维的表面具有多个孔径约为150nm的纳米孔，且纳米孔的总表面积约占碳纤维总表面积的8595%。根据本发明所制作的超级电容的电极具有相当优异的比电容量值，可提高其所制作的超级电容的电容量。为让本发明的上述和其它目的、特征、优点能更明显易懂，下面将配合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，其中图1是绘示依照本发明一实施例所述的超级电容的电极的制作方法流程图。图2是绘示本发明一实施例中具有碳纤织物与金属集电层的电极的剖面构造图。图3是绘示电极经电流恒定充放电试验后所得到的图谱。具体实施例方式織申細申扁纖图1是绘示依照本发明一实施例所述的超级电容的电极的制作方法流程图。首先，进行步骤110，提供聚丙烯腈纤维织物，此聚丙烯腈纤维织物可由聚丙烯腈纤维织造而3成。前述聚丙烯腈纤维的直径约为50500nm，聚丙烯腈纤维可经由静电纺丝法制作而成。接着，进行步骤120，对聚丙烯腈纤维织物进行热处理，使聚丙烯腈纤维反应成碳纤维而形成碳纤织物。碳纤织物包含直径约为50500nm的碳纤维，碳纤维的表面具有孔径约为150nm的纳米孔，且纳米孔的总表面积约占碳纤维总表面积的8595%。具体而言，前述聚丙烯腈纤维织物热处理的步骤包含两阶段加热步骤。首先，将聚丙烯腈纤维织物加热至20030(TC，并保持温度60120分钟，以对聚丙烯腈纤维织物进行氧化处理。之后，再以800IOO(TC的温度进行加热，并保持温度39分钟，使形成碳纤织物。前述的碳纤织物制作完成后，可直接进行碳纤织物的裁切以制成超级电容用的电极。当然，亦可如图1所示，进行步骤130，进一步于碳纤织物之上形成金属集电层，以形成具有较低阻抗的电极。请参考图2，其是绘示本发明一实施例中具有碳纤织物与金属集电层的电极的剖面构造图。电极200具有碳纤织物240与金属集电层250。金属集电层250的材料例如可为铂、钛、金、银、铜、铝、铬、铁或前述的组合，其形成方式例如可为贴合、溅镀等可行的方式。若采用贴合的方式形成金属集电层250的话，金属集电层250与碳纤织物240之间将存在一层接着层(未绘示)。先l睛你l依照本发明上述实施例所述，提供应用于超级电容的电极制作的碳纤织物制作实例E1E3。其中，所使用的聚丙烯腈纤维织物中的纤维直径〈500nm。氧化处理的温度约为26(TC，升温速率约为2°C/分钟。第二阶段的加热温度约为IOO(TC，保持温度时间分别为3分钟(El)、6分钟(E2)与9分钟(E3)。比表面积分析上述制作实例E1E3所完成的碳纤织物分别进行吸附实验以分析碳纤织物的比表面积。表一系列出所测得的碳纤织物比表面积。表一比表面积分析<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>由表一可知，随着高温处理(e.gIOO(TC)过程中保持温度时间的提高(Elv.sE2v.sE3)，比表面积可获得提高。比表面积的提高，可提高后续所制作的超级电容的电容值。为进一步分析碳纤织物上的表面积的分布情形，进一步就制作实例E3所完成的碳纤织物的表面积进行分析。由分析中得知E3碳纤织物(比表面积为1104m7g)中大孔(孔径〉50nm)的表面积约占碳纤织物表面积的10%(110.092m7g)。由于制作实例E3碳纤织物中的碳纤维的表面积主要是来自于孔的贡献，因此可进一步推估得知纳米孔(孔径为150nm)所贡献的表面积约为90%。电容量分析上述制作实例ElE3(1000°C热处理时间3、6与9分钟)所完成的碳纤织物可进一步进行裁切以制成电极，并于三极式电化学系统中分别以电流恒定充放电法(galvanostaticchargeanddischargemethod)及循环伏安法(cyclicvoltammetricmethod)测量电极的电容值。前述三极式电化学系统中的参考电极(referenceelectrode)为饱和干汞电极，工作电极(workingelectrode)为ElE3碳纤织物所制成的电极，相对电极(counterelectrode)为石墨电极。电解液是1M的硫酸溶液。电流恒定充放电试验前述制作实例ElE3所制成的电极于三极式电化学系统中进行电流恒定充放电试验，其中所使用的电流为lmA，充放电的电压范围为00.75V。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>图3是绘示电极经电流恒定充放电试验后所得到的图谱。由试验所获得的图谱搭配公式I，可计算出电极的比电容值。其中公式I中的C为比电容量(F/g)，I为电流，AT为时间差，AV为电位差，m为试验样品(电极)重量。表二是列出E1E3碳纤织物所制作的电极经电流恒定充放电试验后所得出的比电容值。其中，制作实例E1E3的碳纤织物各别制成三个电极进行三次试验，并对三次试验所获得的比电容量值进行平均。表二电流恒定充放电试验4/5页试验样品重量(mg)充电比电容量(F/g)放电比电容量(F/g)El-19.7161168El-29.7174183El-313.1188209El(平均值)174187E2-112.1222242E2-25-5256296E2-37.5266291E2(平均值)248276E3-17,5267288E3-26.8292314E3-35.9264292E3(平均值)274298市售品1—_110市售品2——130市售品1:台碳科技公司活性碳纤维布市售品2:铨能碳素科技公司活性碳纤维布由表二中可知，制作实例ElE3碳纤织物所制作的电极经由前述电流恒定充放电试验所得出的平均充电比电容值约为174274F/g，放电比电容值约为187298F/g。制作实例ElE3碳纤织物所制成的电极相较于市售品的比电容值，大幅提高70170%，具有优异的比电容量值，可提升后续制作的超级电容的电容量。循环伏安法试验为进一步确认前述制作实例ElE3碳纤织物所制成的电极的电容值，是采用循环伏安法进行电极的电容值测量。其中，循环伏安法中的扫描速率为6mV/s，试验的电压为00.75V。表三是列出制作实例ElE3所制作的电极经循环伏安法试验后所得出的比电容值。其中，制作实例E1E3的碳纤织物各别制成三个电极进行三次试验，并对三次试验所获得的比电容量值进行平均。表三循环伏安法试验6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表三可知，制作实例ElE3碳纤织物所制作的电极经由循环伏安法所测得的平均放电比电容值分别为182F/g、274F/g与287F/g，与前述电流恒定充放电试验所测得的数值相近。经由循环伏安法试验的结果，可再次确认本发明制作实例ElE3碳纤织物所制作电极具有高比电容值。虽然本发明已以实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种等同的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。权利要求一种超级电容的电极的制作方法，至少包含提供一聚丙烯腈纤维织物，该聚丙烯腈纤维织物具有直径约为50～500nm的多条聚丙烯腈纤维；对该聚丙烯腈纤维织物进行热处理，使形成碳纤织物，其中该碳纤织物包含直径约为50～500nm的多条碳纤维，所述的碳纤维表面具有孔径约为1～50nm的多个纳米孔，且，所述的纳米孔的总表面积约占所述的碳纤维总表面积的85～95％；以及裁切该碳纤织物以制成该电极。2.根据权利要求1所述的超级电容的电极的制作方法，其特征在于热处理该聚丙烯腈纤维织物的方式包含加热该聚丙烯腈纤维织物至200300°C，并保持温度60120分钟，以对该聚丙烯腈纤维织物进行氧化处理；以及进一步加热该聚丙烯腈纤维织物至800IOO(TC，并保持温度39分钟，使形成碳纤织物。3.根据权利要求1所述的超级电容的电极的制作方法，其特征在于所述的聚丙烯腈纤维系以静电纺丝法制作而成。4.根据权利要求1所述的超级电容的电极的制作方法，其特征在于还包含形成一金属集电层于该碳纤织物之上。5.根据权利要求4所述的超级电容的电极的制作方法，其特征在于该金属集电层是以溅镀的方式形成于该碳纤织物的表面。6.—种超级电容的电极，包含直径约为50500nm的多条碳纤维，其中所述的碳纤维表面具有孔径约为150nm的多个纳米孔，且，所述的纳米孔的总表面积约占所述的碳纤维总表面积的8595%。7.根据权利要求6所述的超级电容的电极，其特征在于还包含一金属集电层，位于所述的碳纤维之上。8.根据权利要求7所述的超级电容的电极，其特征在于该金属集电层的材料是选自于由铂、钛、金、银、铜、铝、铬、铁及前述的组合所构成的族群。全文摘要本发明是一种超级电容的电极及其制作方法，该制作方法包括首先，提供聚丙烯腈纤维织物，此聚丙烯腈纤维织物具有多条直径约为50～500nm的聚丙烯腈纤维。接着，对聚丙烯腈纤维织物进行热处理，使形成碳纤织物，其中，碳纤织物包含多条直径约为50～500nm的碳纤维。碳纤维的表面具有多个孔径约为1～50nm的纳米孔，且纳米孔的总表面积约占碳纤维总表面积的85～95％。最后，进行碳纤织物的裁切以制成超级电容的电极。文档编号H01G9/04GK101740225SQ200810174900公开日2010年6月16日申请日期2008年11月11日优先权日2008年11月11日发明者张浩哲,彭兆群,林文婷申请人:财团法人纺织产业综合研究所