MOF结构多孔碳材料、柔性超级电容器、其制备方法及用途与流程

文档序号:15021720发布日期:2018-07-25 00:59阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种MOF结构多孔碳材料,其特征在于包含芳香杂环二维平面层状结构的堆积体,所述芳香杂环二维平面层状结构主要由碳元素和氮元素组成;优选的,所述MOF结构多孔碳材料中的氮元素含量为1.03wt%~30.25wt%;优选的,所述MOF结构多孔碳材料所含孔洞的孔径为0.5~100nm,比表面积为100~1200m2/g,孔隙率为75~95%,振实密度为0.02~0.15g/cm3,电导率为10s·m-1~1000s·m-1

2.如权利要求1所述MOF结构多孔碳材料的制备方法,其特征在于包括:

在碳纳米管表面复合金属有机框架材料,形成碳化前躯体;

在保护性气氛中将所述碳化前驱体加热到700~1000℃,获得所述MOF结构多孔碳材料。

3.根据权利要求2所述MOF结构多孔碳材料的制备方法,其特征在于包括:通过原位生长法在碳纳米管表面复合金属有机框架材料,形成所述碳化前驱体;优选的,所述金属有机框架材料包括ZIF-69、ZIF-8或MOF-5。

4.根据权利要求3所述MOF结构多孔碳材料的制备方法,其特征在于包括:

将碳材料、锌盐以及表面活性聚合物分散于溶剂中,获得第一溶液,

将咪唑类化合物分散于溶剂中,获得第二溶液,

将所述第二溶液加入第一溶液中获得混合体系,静置1~10h,获得所述碳化前驱体;

优选的,所述碳材料、锌盐以及表面活性聚合物的质量比为1∶10∶7∶15~1∶20∶16∶42;

优选的,所述碳材料包括碳纳米管、炭黑和石墨中的任意一种或两种以上的组合;

优选的,所述锌盐包括硝酸锌、硫酸锌和氯化锌中的任意一种或两种以上的组合;

优选的,所述表面活性聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、三甘酯和聚乙二醇中的任意一种或两种以上的组合;

优选的,所述咪唑类化合物包括2-甲基咪唑、2-乙基咪唑和3-甲基咪唑中的任意一种或两种以上的组合;

优选的,所述溶剂包括甲醇和乙醇中的任意一种或两者的组合;

优选的,所述制备方法包括:将所述第二溶液分批或者一次性加入第一溶液中。

5.根据权利要求2所述MOF结构多孔碳材料的制备方法,其特征在于包括:在保护性气氛中以1~20℃/min的加热速率将所述碳化前驱体加热到700~1000℃,并保温0.5~10h,然后冷却至室温,获得所述MOF结构多孔碳材料。

6.根据权利要求2或5所述MOF结构多孔碳材料的制备方法,其特征在于:所述保护性气氛包括氩气气氛或氮气气氛;优选的,用以形成所述保护性气氛的气体流速为100~300sccm。

7.一种电极材料,其特征在于包含如权利要求1所述的MOF结构多孔碳材料。

8.一种柔性超级电容器,包括第一电极、第二电极以及至少分布于第一电极和第二电极之间的电解质,其特征在于:所述第一电极和第二电极中的至少一者包括权利要求1所述的MOF结构多孔碳材料或权利要求7所述的电极材料。

9.根据权利要求8所述的柔性超级电容器,其特征在于:所述电解质包括聚合物互穿网络及至少分布于所述聚合物互穿网络内的离子液体;优选的,所述电解质包括固态自支撑复合膜;优选的,所述离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑甲磺酰亚胺盐;优选的,所述电解质包含5~90wt%离子液体;优选的,所述电解质的离子电导率为1.3×10-4~2.6×10-4S·cm-1;优选的,所述聚合物互穿网络包括聚(环氧乙烷)-丁腈橡胶互穿网络、聚氨酯-丁腈橡胶互穿网络和聚(环氧乙烷)-聚乙烯互穿网络中的任意一种或两种以上的组合。

10.根据权利要求8所述的柔性超级电容器,其特征在于:所述柔性超级电容器的比电容为156~426F·g-1,能量密度为20.28~59.40Wh·kg-1

11.如权利要求8-10中任一项所述的柔性超级电容器的制备方法,其特征在于包括:

将MOF结构多孔碳材料与聚合物超声分散于溶剂中形成分散液,并将所述分散液制成自支撑电极薄膜;

将聚合物互穿网络置于离子液体中,形成聚合物互穿网络与离子液体的复合物,并将所述聚合物互穿网络与离子液体的复合物制成固态自支撑复合膜,即所述电解质;

将所述电解质以及至少两个所述的自支撑电极薄膜复合,并使所述电解质分布于至少两个自支撑电极薄膜之间,形成所述柔性超级电容器;

优选的,所述聚合物包括聚偏氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇中的任意一种或两种以上的组合。

12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于:所述溶剂包括有机溶剂;优选的,所述有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷和N-甲基-2-吡咯烷酮中的任意一种或两种以上的组合。

13.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于包括:将所述电解质置于两个所述的自支撑电极薄膜之间,再用热压法制备形成所述柔性超级电容器;优选的,所述热压法的热压温度为40~200℃,热压形式包括一步热压或逐步热压。

14.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述聚合物互穿网络采用聚(环氧乙烷)-丁腈橡胶互穿网络;

优选的,所述聚(环氧乙烷)-丁腈橡胶互穿网络网络的制备方法包括:

将丁腈橡胶溶于环己酮中,然后加入聚(乙二醇)甲基丙烯酸甲酯甲基咪和聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯混合,并在常温下搅拌均匀,获得第一混合液;

向所述第一混合液中加入偶氮二异丁腈和二异丙苯基过氧化物的混合物,搅拌均匀,获得第二混合液;

将所述第二混合液加热到30~80℃并保温1~3h,再升温到150~300℃并保温1~3h,然后冷却至室温获得所述聚(环氧乙烷)-丁腈橡胶互穿网络;

优选的,所述丁腈橡胶、聚(乙二醇)甲基丙烯酸甲酯甲基咪和聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯的质量比为1∶1∶0.5~1∶5∶3;

优选的,所述偶氮二异丁腈和二异丙苯基过氧化物的混合物与所述第一混合液与的体积比为1∶80~1∶90:

优选的,所述偶氮二异丁腈与二异丙苯基过氧化物的质量比为1∶1~1∶4。

15.如权利要求1所述的MOF结构多孔碳材料、权利要求7所述的电极材料或者权利要求8-10中任一项所述的柔性超级电容器于制备可穿戴设备中的应用。

16.一种可穿戴设备,其特征在于:包括权利要求1所述的MOF结构多孔碳材料、权利要求7所述的电极材料或者权利要求8-10中任一项所述的柔性超级电容器。

当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1