【CN109879264A】一种三维多孔碳基超级电容器电极材料的制备方法【专利】
超级电容器电极材料的制备流程
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《超级电容器炭基电极材料制备及其电容性能研究》
《超级电容器炭基电极材料制备及其电容性能研究》篇一摘要：本文研究了超级电容器炭基电极材料的制备工艺及其电容性能。
通过优化炭基材料的合成条件，成功制备了具有高比表面积和优异电化学性能的炭基电极材料。
本文详细介绍了材料的制备过程、结构表征及电化学性能测试结果，为超级电容器的应用提供了新的材料选择和理论依据。
一、引言超级电容器作为一种新型的储能器件，因其高功率密度、长循环寿命和快速充放电等优点，在电动汽车、可再生能源储存等领域具有广泛的应用前景。
炭基电极材料作为超级电容器的关键组成部分，其性能直接影响着超级电容器的整体性能。
因此，研究和开发高性能的炭基电极材料具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、炭基电极材料的制备1. 材料选择与预处理选择合适的炭前驱体，如活性炭、石墨烯等，进行预处理，包括研磨、筛分和干燥等步骤，以保证原料的均匀性和纯净度。
2. 炭化过程将预处理后的炭前驱体在惰性气氛下进行炭化处理，通过控制炭化温度和时间，得到具有特定结构和性能的炭基材料。
3. 活化处理通过物理或化学活化方法，进一步增大炭基材料的比表面积和孔隙结构，提高其电化学性能。
三、材料结构表征1. 物理性能测试利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段，观察炭基材料的形貌和微观结构。
2. 化学性能测试通过拉曼光谱、X射线衍射（XRD）等手段，分析炭基材料的晶体结构和化学组成。
四、电化学性能测试1. 循环伏安测试在三电极体系或两电极体系中，对制备的炭基电极材料进行循环伏安测试，分析其充放电性能和循环稳定性。
2. 恒流充放电测试通过恒流充放电测试，测定炭基电极材料的比电容、能量密度和功率密度等电化学参数。
3. 交流阻抗测试利用交流阻抗谱分析炭基电极材料的内阻、电荷转移阻抗等电化学动力学参数。
五、结果与讨论1. 结构分析结果通过SEM、TEM等手段观察到制备的炭基材料具有丰富的孔隙结构和良好的形貌。
拉曼光谱和XRD分析表明，炭基材料具有较高的石墨化程度和良好的结晶性。
碳基超级电容器电极材料的制备与应用研究
碳基超级电容器电极材料的制备与应用研究碳基超级电容器是一种具有高能量密度、长循环寿命、快速充放电速度等优异性能的电化学储能设备，被广泛应用于新能源汽车、航空航天、智能电网等领域。
其中，电极材料是碳基超级电容器的核心部件之一，对其性能的影响极为重要。
当前，针对碳基超级电容器电极材料的制备与应用研究已经成为储能领域研究的热点之一。
本文将介绍目前碳基超级电容器电极材料的制备、性能及应用方面的最新研究成果。
一、电极材料的制备方法在碳基超级电容器的制备中，石墨烯、碳纳米管和活性炭等材料广泛被应用于制备电极材料。
其中，石墨烯是一种单层碳原子排列的二维材料，具有热稳定性好、导电性能佳的特点，已成为制备电极材料的重要材料之一。
石墨烯可以通过机械剥离、化学气相沉积、化学还原等方法得到。
另外，碳纳米管也是一种常用的碳基超级电容器电极材料，它具有优异的导电性、机械强度和化学稳定性等特点。
碳纳米管可以通过电弧放电、化学气相沉积、改性等方法得到。
活性炭也是一种常用的碳基超级电容器电极材料，它具有高比表面积、良好的孔结构和良好的化学稳定性等特点。
活性炭可以通过炭化天然多孔材料、炭化聚合物等方法得到。
二、电极材料的性能特点碳基超级电容器的电极材料需要具有高比表面积、优异的导电性、良好的化学稳定性和高电容值等特点。
基于此，石墨烯、碳纳米管和活性炭等材料被广泛应用于电极材料的制备。
石墨烯具有高比表面积、优异的导电性和化学稳定性等优良特点，可用于制备高性能的电极材料。
碳纳米管也具有优异的导电性和机械强度等特点，可以制备高性能的电极材料。
活性炭具有高比表面积和良好的孔结构等特点，可用于制备高电容值的电极材料。
三、电极材料的应用研究碳基超级电容器具有快速充放电速度、长循环寿命和高能量密度等特点，被广泛应用于新能源汽车、航空航天、智能电网等领域。
在新能源汽车领域，碳基超级电容器可以通过与锂离子电池相配合，实现高速充放电与长周期稳定性的兼顾，提高电动汽车的续航里程和启动性能。
一种全固态超级电容器电极材料的制备方法[发明专利]
![一种全固态超级电容器电极材料的制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/536903ee581b6bd97e19ea6e.png)
专利名称：一种全固态超级电容器电极材料的制备方法专利类型：发明专利
发明人：路金林,黄莹莹,包硕
申请号：CN202010840151.3
申请日：20200820
公开号：CN111960477A
公开日：
20201120
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种全固态超级电容器电极材料的制备方法，采用三维多孔碳作为基底材料，三维多孔碳材料制备工艺简单、孔道丰富、比表面积大、高比容量、高倍率性能以及循环稳定性好等优点，然后采用水热法“一步合成”二硫化铁/三维多孔碳对称型全固态超级电容器电极材料，那么三维多孔碳不仅能为聚苯胺和二氧化锰提供载体，还可以防止材料粉化，降低材料与集流体的电接触，同时可以减少电极与电解液之间的副反应，在一定程度上提高材料的导电性。
将所述方法制备的二硫化铁/三维多孔碳复合材料作为电极材料制备对称型全固态超级电容器具有较高的比容量、优异的循环稳定性、较高的能量密度和功率密度。
申请人：辽宁科技大学
地址：114051 辽宁省鞍山市高新区千山路185号
国籍：CN
代理机构：鞍山嘉讯科技专利事务所(普通合伙)
代理人：张群
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一种超级电容器用三维多孔碳片的制备[发明专利]
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专利名称：一种超级电容器用三维多孔碳片的制备专利类型：发明专利
发明人：吴明铂,潘磊,关露,李欣鑫,彭婷月,刘鹏飞申请号：CN201811285472.0
申请日：20181031
公开号：CN109292750A
公开日：
20190201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种超级电容器用三维多孔碳片的制备，以富含芳烃且有一定粘性的石油沥青为碳源，以柠檬酸钾为活化剂和模板剂，制备超级电容器用三维纳米片。
柠檬酸钾中丰富的含氧官能团和石油沥青中的羟基等官能团结合，热解生成的气体以鼓泡的形式溢出，形成碳纳米片。
柠檬酸钾是温和的活化剂进一步丰富纳米片的孔隙结构。
本发明的有益效果是：本发明采用柠檬酸钾当作一种温和且环保的活化剂和模板剂，通过一步热解法制备出三维互相交联的碳纳米片材料，将该材料用于超级电容器的电极材料时表现出良好的电容特性和循环稳定性，是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。
申请人：中国石油大学(华东)
地址：266580 山东省青岛市黄岛区长江西路66号
国籍：CN
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代理人 程毓英
(51)Int .Cl . C01B 32/05(2017 .01) H01G 11/32(2013 .01) H01G 11/86(2013 .01)
( 54 )发明 名称 一 种三维 多孔碳基超级电 容器电 极材料的
发明内容 [0004] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种以葡萄糖为原料利用可溶盐为模板，经 碳化制备三维碳材料，原位制备三维碳/金属有机骨架复合材料，再经过高位热解制备高性 能碳材料。本发明的目的可以通过以下技术方案实现: [0005] 一种三维多孔碳基超级电容器电极材料的制备方法 ,包括下列步骤： [0006] (1)三维碳材料的制备：将可溶钠盐，葡萄糖和尿素按一定质量比在水中混合均 匀 ，经过冻干后得到干燥粉末。将粉末置于管式 炉中 ，在氩气的 气氛保护下 ，升温至适当温 度 600-750℃并保温1-2h，取出后，使用水将可溶钠盐模板去除，干燥后得到三维碳材料； [0007] (2)三维碳/金属有机骨架复合材料的制备：将步骤(1)制备的三维碳材料按一定 质量与一定浓度的硝酸锌甲醇溶液混合均匀，然后将适量二甲基咪唑甲醇溶液加入上述溶 液，混合均匀后静置，然后分别使用甲醇和水进行离心清洗，并干燥，得到三维碳/金属有机 骨架复合材料； [0008] (3)三维多孔碳材料的制备：将步骤(2)制备的三维碳/金属有机骨架复合材料置 于管式 炉中 ，在氩气气氛保护下 ，升温至600-900℃并保温一段时间 后取出 ，经盐酸酸洗后 干燥，得到三维多孔碳材料。 [0009] 优选地，步骤(1)中，可溶钠盐，葡萄糖和尿素的质量比为20:(1-1 .5) ：(1-1 .5)。步 骤(2)中 ，三维碳材料与硝酸钾和甲基咪唑的 质量比为(10-200) ：734:(790:830)。 [0010] 本发明同时提供一种超级电容器电极的制备方法：将所制备的三维多孔碳材料与 粘结剂和导电 炭黑按适当的比 例均匀混合 ，然后制成胶状浆料 ，经适当压力按压在泡沫镍
2
CN 109879264 A
说 明 书
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一种三维多孔碳基超级电容器电极材料的制备方法
技术领域 [0001] 本发明属于超级电容器电极材料制备技术领域，具体涉及通过碳化三维碳/金属 有机骨架复合材料制备碳材料作为超级电容器电极材料的方法。
背景技术 [0002] 随着化石能源的枯竭和环境污染的日益严重，为了构建绿色社会 ,寻求一种高效 率、无污染的新型能源设备已经成为当今社会的研究热点。超级电容器是近年来发展起来 的一种新型的储能器件 ,它具有高的功率密度、长的使用寿命、较宽范围的使用温度及绿色 无污染等优点 ,使其有望替代传统铅酸电池和普通电容器成为一种新型储能设备。 [0003] 决定超级电容器性能的关键因素之一就是电极材料。目前最为常见的超级电容器 电 极材料主要为活性炭、石墨烯、碳纳米管 、生物 质碳基电 极材料等 ，而三维碳基材料由 于 制备工艺简单、孔道丰富、比表面积大、高比容量、高倍率性能以及循环稳定性好等优点引 起科学界的广泛关注。同时电化学过程中的电荷转移和传质过程决定了材料电化学性能的 发挥，所以通过在微观层面对碳材料表面进行改性，加快传质过程，进而提高电化学性能的 方法还很少。本发明致力于研发出一种蛛网状三维多孔碳基材料的制备方法 ,并应用于超 级电容器领域 ,以期待能为电容器电极材料的发展提供一些新的途径和突破点
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910059335 .3
(22)申请日 2019 .01 .22
(71)申请人 天津大学 地址 300350 天津市津南区海河教育园雅 观路135号天津大学北洋园校区
(72)发明人 马丽颖 邓晓阳 赵乃勤 李家俊 师春生 何春年 何芳 刘恩佐 李群英
(10)申请公布号 CN 109879264 A (43)申请公布日 2019.06.14
权利要求书1页 说明书4页 附图3页
CN 109879264 A
CN 109879264 A
权 利 要 求 书
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1 .一种三维多孔碳基超级电容器电极材料的制备方法 ,包括下列步骤： (1) 三维碳材料的 制备 ：将可溶钠盐 ，葡萄糖 和尿素按一定 质量比 在水中混合均匀 ，经 过冻干后得到干燥粉末。将粉末置于管式炉中，在氩气的气氛保护下，升温至适当温度600750℃并保温1-2h ，取出后，使用水将可溶钠盐模板去除 ，干燥后得到三维碳材料 ； (2) 三维碳/金 属有机骨架复合材料的 制备 ：将步骤 (1) 制备的 三维碳材料按一定 质量 与一定浓度的 硝酸锌甲 醇溶液混合均匀 ，然后将适量二甲 基咪唑甲 醇溶液 加入上述溶液 ， 混合均匀后静置 ，然后分 别使 用甲 醇 和水进行离心清洗 ，并干燥 ，得到三维碳/金 属有机骨 架复合材料； (3) 三维多孔碳材料的 制备 ：将步骤 (2) 制备的 三维碳/金 属有机骨架复合材料置于管 式炉中，在氩气气氛保护下，升温至600-900℃并保温一段时间后取出，经盐酸酸洗后干燥， 得到三维多孔碳材料。 2 .根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，可溶钠盐，葡萄糖和尿素 的质量比为20:(1-1 .5)：(1-1 .5)。 3 .根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，三维碳材料与硝酸钾和甲 基咪唑的 质量比为(10-200) ：734:(790:830)。 4 .一种超级电容器电极的制备方法：将权利要求1所制备的三维多孔碳材料与粘结剂 和导电 炭黑按适当的比 例均匀混合 ，然后制成胶状浆料 ，经适当压力按压在泡沫镍上 ，进行 真空干燥，得超级电容器电极。
制备方法 ( 57 )摘要
本发明 涉 及一 种三维 多孔碳基超级电 容器 电极材料的制备方法 ,包括下列步骤：三维碳材 料的 制备 ：将可溶钠盐 ，葡萄糖 和尿素按一定 质 量比 在水中混合均匀，经过冻干后得到干燥粉 末。将粉末置于管式炉中 ，在氩气的气氛保护下 ， 升温至适当温度600-750℃并保温1-2h，取出后， 使用水将可溶钠盐模板去除 ，干燥后得到三维碳 材料 ；三维碳/金属有机骨架复合材料的 制备 ；三 维多孔碳材料的制备。本发明同时提供采用上述 材料制备超级电容器电极的方法。