一種超級(jí)電容器高導(dǎo)電活性炭電極制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電極領(lǐng)域技術(shù)，特別是提供一種超級(jí)電容器高導(dǎo)電活性炭電極制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超級(jí)電容器又叫雙電層電容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)是一種新 型儲(chǔ)能裝置，它具有充電時(shí)間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。超 級(jí)電容器用途廣泛。用作起重裝置的電力平衡電源，可提供超大電流的電力；用作車輛啟動(dòng) 電源，啟動(dòng)效率和可靠性都比傳統(tǒng)的蓄電池高，可以全部或部分替代傳統(tǒng)的蓄電池;用作車 輛的牽引能源可以生產(chǎn)電動(dòng)汽車、替代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)、改造現(xiàn)有的無軌電車；用在軍事上可 保證坦克車、裝甲車等戰(zhàn)車的順利啟動(dòng)(尤其是在寒冷的冬季）、作為激光武器的脈沖能源。 超級(jí)電容器的核心是電極材料的制備技術(shù)，其性能的好壞關(guān)鍵取決于電極材料性能的優(yōu) 劣。
[0003] 已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的是活性炭，它具有低成本、高比表面積等優(yōu)勢(shì)。但是，活性炭 比電容一般在200F/g以下，能量密度小于5wh/kg。這主要是因?yàn)榛钚蕴坎牧蠈?dǎo)電性很差，在 使用時(shí)需要加入高導(dǎo)電性物質(zhì)如石墨、炭黑、碳纖維等以提高其導(dǎo)電性，降低電極內(nèi)阻。這 些導(dǎo)電材料在電極中的唯一作用就是增加活性炭顆粒之間的導(dǎo)電性，由于其比表面積很 小，對(duì)整個(gè)電極的儲(chǔ)能幾乎沒有貢獻(xiàn)。導(dǎo)電材料的添加量一般為電極質(zhì)量的10~20%。因 此，導(dǎo)電材料的加入在很大程度上降低了超級(jí)電容器的性能。因此，優(yōu)異導(dǎo)電性的電極材料 是目前超級(jí)電容器電極材料研究的熱點(diǎn)問題。中國專利ZL201310031445.1公開了 一種活 性炭/碳納米管復(fù)合氣凝膠電極材料的制備方法，以碳纖維布或石墨紙為集流體，以酚醛樹 脂為碳源，采用超臨界干燥或者冷凍干燥的方法原位制備活性炭/碳納米管復(fù)合氣凝膠電 極材料，該方法制得的電極材料在常溫下比電容高達(dá)390F/g。但是超臨界干燥需要高溫高 壓等極限環(huán)境，對(duì)于設(shè)備要求高，生產(chǎn)成本高，而且碳纖維布和石墨紙集流體的體積對(duì)于比 容量也沒貢獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，本發(fā)明的目的在于提供本發(fā)明的目 的在于提供一種超級(jí)電容器高導(dǎo)電活性炭電極制備方法，其能有效增加復(fù)合材料的比表面 積，同時(shí)改善復(fù)合電極材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成大孔、介孔和微孔共存的分級(jí)孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提 高電極材料的比電容性能。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案:一種超級(jí)電容器高導(dǎo)電活性炭電 極制備方法，包括有如下步驟：
[0006] 1)氧化石墨烯/活性炭混合物的制備：
[0007] 將活性炭原料加入氧化石墨烯溶液中，超聲條件下，在80°C~100°C反應(yīng)lh~10h， 反應(yīng)結(jié)束后，得到混合物溶液；
[0008] 2)石墨烯/活性炭電極的制備：
[0009] 將1)得到的混合物溶液加入聚四氟乙烯容器中，再加入催化劑，密封后在80°C~ 200°C反應(yīng)lh~10h，反應(yīng)結(jié)束后用蒸餾水充分清洗，在80-100°C下干燥12-24h，得到高導(dǎo)電 活性炭電極，此時(shí)活性炭分布在石墨稀的三維泡沫結(jié)構(gòu)中。
[0010] 作為一種優(yōu)選方案，所述催化劑的加入量為混合物溶液質(zhì)量的5%-10%。
[0011] 作為一種優(yōu)選方案，步驟（1)中所述的氧化石墨烯溶液為HUMMERS法制備，其濃度 0·卜 3%〇
[0012] 作為一種優(yōu)選方案，步驟（1)中所述的活性炭原料為木質(zhì)活性炭和秸桿活性炭中 的一種或兩者的組合物。
[0013] 作為一種優(yōu)選方案，步驟(2)中所述的催化劑為無水乙醇、乙醇或者乙二醇的一種 或多種。
[0014] 作為一種優(yōu)選方案，所述活性炭與氧化石墨烯的質(zhì)量比為19-99:1。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體為：
[0016] 1、本發(fā)明所制備的活性炭分散在石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，使用水熱技術(shù)制備得到 氣凝膠結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步增加復(fù)合材料的比表面積，同時(shí)改善復(fù)合電極材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成大 孔、介孔和微孔共存的分級(jí)孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高電極材料的比電容性能。同時(shí)利用與石墨烯 很好的結(jié)合，大大提高了極片本身的電導(dǎo)率，在制備出的電極中，石墨烯水熱自組裝形成的 氣凝膠結(jié)構(gòu)可以充當(dāng)集流體，從而省去將電極材料粉末涂在金屬集流體上等工序，可以直 接提高超級(jí)電容器能量/功率密度，降低系統(tǒng)等效內(nèi)阻，提高系統(tǒng)安全可靠性。
[0017] 2、該高導(dǎo)電活性炭材料的制備方法簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，適合大批量制備，其所用原 料可以選取來源廣泛的原料，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 實(shí)施例1
[0019 ] -種超級(jí)電容器高導(dǎo)電活性炭電極制備方法，包括有如下步驟：
[0020] 1)氧化石墨烯/活性炭混合物的制備：
[0021] 將活性炭原料加入氧化石墨烯溶液中，活性炭與氧化石墨烯的質(zhì)量比為19:1，超 聲條件下，在l〇〇°C反應(yīng)lh，反應(yīng)結(jié)束后，得到混合物溶液;其中，氧化石墨烯溶液為HUMMERS 法制備，其濃度〇. 1 %。該活性炭原料為木質(zhì)活性炭和秸桿活性炭的組合物。
[0022] 2)石墨烯/活性炭電極的制備：
[0023]將1)得到的混合物溶液加入聚四氟乙烯容器中，再加入催化劑，密封后在80°C°C反應(yīng)l〇h，反應(yīng)結(jié)束后用蒸餾水充分清洗，在80°C下干燥24h，得到高導(dǎo)電活性炭電極。該催 化劑為無水乙醇，其加入量為混合物溶液質(zhì)量的5%。
[0024] 實(shí)施例2
[0025] -種超級(jí)電容器高導(dǎo)電活性炭電極制備方法，包括有如下步驟：
[0026] 1)氧化石墨烯/活性炭混合物的制備：
[0027]將活性炭原料加入氧化石墨烯溶液中，活性炭與氧化石墨烯的質(zhì)量比為99:1，超 聲條件下，在80°C反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后，得到混合物溶液;其中，氧化石墨烯溶液為HUMMERS 法制備，其濃度3%。該活性炭原料為秸桿活性炭。
[0028] 2)石墨烯/活性炭電極的制備：
[0029]將1)得到的混合