本發(fā)明涉及一種新型碳材料，特別是一種提高碳電容性能的方法。

背景技術(shù)：

超級電容器，又稱電化學電容器，是一種介于常規(guī)電容器與二次電池之間的新型儲能器件。在保留傳統(tǒng)電容器超長循環(huán)特性的基礎上，大幅度提高了其比容量同時更彌補了電池功率特性差的缺點，為電能替代化石燃料作為大功率設備的能源起到了不可替代的作用。開發(fā)成本低、電化學儲能性能良好、環(huán)境友好的電極材料對于超級電容器的商品化具有重要意義，例如電動汽車，噴氣飛機的安全門，脈沖激光，起重機及消費電子等。

碳化物衍生碳(carbide-derivedcarbon，簡稱cdc)是近年來備受關(guān)注的一種新型碳材料。它是以碳化物的晶格為模板，通過逐層蝕刻金屬原子，從分子水平上來控制其制備過程的多孔碳材料。在碳化物衍生碳形成過程中，碳化物中的金屬原子通過與反應氣體如氯原子結(jié)合形成金屬氯化物(高溫氣態(tài))而被去除掉，余下的碳原子之間相互成鍵從而形成新的“三維骨架狀”結(jié)構(gòu)，具有發(fā)達并且單一的孔結(jié)構(gòu)。該特點預示碳化物衍生碳在超級電容器領域具有巨大的應用潛力。然而，碳化物衍生碳比電容值偏低的問題一直制約著其作為超級電容器電極材料的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種方法簡單、設備簡易、成本低、在不會影響其它電化學指標的前提下使其比電容值得到明顯的提升的在不會影響其他電化學指標的前提下使其比電容值得到明顯的提升的提高碳化物衍生碳超級電容器性能的方法。本發(fā)明主要是采用由硝酸(hno3)和氫氟酸(hf)配置成的混酸溶液浸泡處理碳化物衍生碳來實現(xiàn)的。

本發(fā)明的方法如下：

按摩爾比例的比例配置好硝酸和氫氟酸混酸溶液，將碳化物衍生碳置于硝酸和氫氟酸混酸溶液中，充分浸沒后，在超聲振蕩儀中震蕩1h，充分趕走殘留于孔隙之中的空氣，使其與混酸溶液完全接觸；在常溫環(huán)境25～40℃下浸泡48～264小時；待浸泡過程結(jié)束，將其至于去離子水中，洗滌直至液體呈中性；之后將洗滌后的碳化物衍生碳置于干燥箱中，在80℃下烘干，即完成對碳化物衍生碳材料的處理。

所述碳化物衍生碳為不同溫度鹵化制得的碳化物衍生碳或者再經(jīng)koh活化處理的碳化物衍生碳。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

1、制備方法簡單、設備簡易、成本低，并且選用的試劑可循環(huán)利用。

2、經(jīng)過本發(fā)明處理后的碳化物衍生碳，在明顯提高比電容值的前提下，仍能保持良好的雙電層特性、功率特性以及循環(huán)穩(wěn)定性，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級電容性能，經(jīng)過處理的碳化物衍生碳比未經(jīng)過處理的碳化物衍生碳比電容值提高了55-238％。

3、經(jīng)過本發(fā)明處理后的碳化物衍生碳，不會產(chǎn)生明顯的質(zhì)量損失，提高了碳化物衍生碳的利用率，節(jié)約了成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實例1碳化物衍生碳浸泡處理前后在不同掃描速度下比電容變化對比圖。

圖2是本發(fā)明實例1碳化物衍生碳浸泡處理后在5mv/s～500mv/s掃描速度下的循環(huán)伏安曲線。

圖3是本發(fā)明實例1碳化物衍生碳浸泡處理后在50mv/s掃描速度下的循環(huán)穩(wěn)定性圖。

圖4是本發(fā)明實例1碳化物衍生碳處理浸泡前后的質(zhì)量變化百分比圖。

具體實施方式

實施例1

以粒徑約為2μm的碳化鈦(tic)為反應前軀體，采用高溫鹵化法，在800℃下與氯氣反應1小時后獲得碳化鈦衍生碳(tic-cdc-800)，然后，將所制得的tic-cdc-800置于配制好的hno3和hf混酸溶液中，經(jīng)過1小時超聲震蕩后，將tic-cdc-800以及配制好的混酸溶液一起移入塑料試管內(nèi)并將試管口密封，之后，再將試管豎直置于30℃恒溫水浴鍋中，使盛有混合溶液及tic-cdc-800樣品的試管部分完全浸沒，靜置浸泡240小時后用去離子水將tic-cdc-800洗至中性，置于鼓風干燥箱中在80℃下烘干，即完成對tic-cdc-800的處理。

對處理后的tic-cdc-800比容量的測量：采用常規(guī)的三電極體系，氧化汞電極為參比電極，金屬鉑為參比電極，經(jīng)過混酸處理的tic-cdc-800為工作電極，電解液為6mkoh溶液。測量結(jié)果如附圖1所示，可以看出：在5mv/s的掃描速度下，經(jīng)過處理的tic-cdc-800電極材料的循環(huán)伏安曲線保持了良好的矩形，在浸泡240小時的比電容值達到236f/g，與未浸泡的碳化鈦衍生碳的比電容值140f/g相比有了明顯的提高，并且保持了良好的循環(huán)特性。

在圖2所示的在不同掃描速度下處理前后的比電容變化情況，可以明顯看出經(jīng)過處理，tic-cdc-800的比電容值明顯提升，并且如圖3所示，在50mv/s掃描速度下循環(huán)穩(wěn)定性情況中在8000次的充放電過程中沒有出現(xiàn)明顯的衰減，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級電容性能。

在圖4所示的經(jīng)過處理前后的質(zhì)量變化百分比變化情況，質(zhì)量損失僅為原始質(zhì)量的2％，與其它處理方法(koh活化，co2活化等物理化學處理)相比沒有出現(xiàn)明顯的質(zhì)量損失。

實施例2

以粒徑約為50nm的碳化鈦(tic)為反應前軀體，采用高溫鹵化法，在600℃下與氯氣反應1小時后獲得碳化鈦衍生碳(tic-cdc-600)。然后，將所制得的tic-cdc-600置于配制好的hno3和hf混酸溶液中，經(jīng)過1小時超聲震蕩后，將tic-cdc-600以及配制好的混酸溶液一起移入塑料試管內(nèi)并將試管口密封，之后，再將試管豎直置于25℃恒溫水浴鍋中，使盛有混合溶液及tic-cdc-600樣品的試管部分完全浸沒，靜置浸泡192小時后用去離子水將tic-cdc-600洗至中性，置于鼓風干燥箱中在80℃下烘干，即完成對tic-cdc-600的處理。

按實施例1的方法測量，在5mv/s掃描速度下，經(jīng)過處理的tic-cdc-600電極材料的比電容值為281f/g，而未處理的碳化鈦衍生碳的比電容值為83f/g，經(jīng)過處理后的碳化鈦衍生碳的比電容值得到了明顯的提升，并且保持了良好的雙電層結(jié)構(gòu)，在500mv/s的高掃描速度下，處理的tic-cdc-600的比電容值仍能保持在168f/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級電容性能。同時質(zhì)量損失僅為原始質(zhì)量的4％。

實施例3

以粒徑約為60nm的碳化硅(sic)為反應前軀體，采用高溫鹵化法，在800℃下與氯氣反應1小時后獲得碳化硅衍生碳(sic-cdc-800)，然后，將所制得的sic-cdc-800，置于配制好的hno3和hf混酸溶液中，經(jīng)過1小時超聲震蕩后，將sic-cdc-800以及配制好的混酸溶液一起移入塑料試管內(nèi)并將試管口密封，之后，再將試管豎直置于30℃恒溫水浴鍋中，使盛有混合溶液及sic-cdc-800樣品的試管部分完全浸沒，靜置浸泡264小時后用去離子水將sic-cdc-800洗至中性，置于鼓風干燥箱中在80℃下烘干，即完成對sic-cdc-800的處理。

按實施例1的方法測量，在5mv/s掃描速度下，其比電容值增至219f/g，而未處理的碳化硅衍生碳的比電容值為141f/g，經(jīng)處理的sic-cdc-800電極材料的比電容值得到明顯上升。并且保持了良好的雙電層結(jié)構(gòu)，在500mv/s的高掃描速度下經(jīng)過處理的sic-cdc-800的比電容值仍能保持在129f/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級電容性能。同時質(zhì)量損失保持在原始質(zhì)量的5％以內(nèi)。

實施例4

以粒徑約為60nm的碳化硅(sic)為反應前軀體，采用高溫鹵化法，在800℃下與氯氣反應1小時后獲得碳化硅衍生碳(sic-cdc)，之后，將制備出的sic-cdc與koh按質(zhì)量比1：3混合均勻在800℃活化反應1小時，得到活化后的sic-cdc-k，然后，將所制得的sic-cdc-k置于配制好的hno3和hf混酸溶液中，經(jīng)過1小時超聲震蕩后，將sic-cdc-k以及配制好的混酸溶液一起移入塑料試管內(nèi)并將試管口密封，之后，再將試管豎直置于35℃恒溫水浴鍋中，使盛有混合溶液及sic-cdc-k樣品的試管部分完全浸沒，靜置浸泡48小時后用去離子水將sic-cdc-k洗至中性，置于鼓風干燥箱中在80℃下烘干，即完成對sic-cdc-k的處理。

按實施例1的方法測量，在5mv/s掃描速度下，經(jīng)過處理的sic-cdc-k電極材料的比電容值升至256f/g，而未處理的sic-cdc-k的比電容為153f/g，經(jīng)過處理后的sic-cdc-k的比電容得到了明顯的提升。在500mv/s的高掃描速度下經(jīng)過處理的sic-cdc-k的比電容值仍能保持在156f/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級電容性能。同時質(zhì)量損失保持在原始質(zhì)量的6％以內(nèi)。

實施例5

以粒徑約為2μm的碳化鈮(nbc)為反應前軀體，采用高溫鹵化法，在600℃下與氯氣反應1小時后獲得碳化鈮衍生碳(nbc-cdc-600)，然后，將所制得的nbc-cdc-600置于配置好的hno3和hf混酸溶液中，經(jīng)過1小時超聲震蕩后，將nbc-cdc-600以及配制好的混酸溶液一起移入塑料試管內(nèi)并將試管口密封，之后，再將試管豎直置于30℃恒溫水浴鍋中，使盛有混合溶液及nbc-cdc-600樣品的試管部分完全浸沒，靜置浸泡264小時后用去離子水將nbc-cdc-600洗至中性，置于鼓風干燥箱中在80℃下烘干，即完成對nbc-cdc-600的處理。

按實施例1的方法測量，在5mv/s掃描速度下，經(jīng)過處理的nbc-cdc-600電極材料的比電容值升至264f/g，而未處理的nbc-cdc-600的比電容值為156f/g，經(jīng)過處理后的nbc-cdc-600的比電容得到了明顯的提升。在500mv/s的高掃描速度下經(jīng)過處理的nbc-cdc-600的比電容值仍能保持在129f/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級電容性能。同時質(zhì)量損失保持在原始質(zhì)量的5％以內(nèi)。