[发明专利]一种新型碳海绵的制备方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种新型的碳海绵的制备方法。

背景技术

近年来，随着微型化、便携式电子产品的迅猛发展，基于超级电容器和电池的超薄、柔性储能器件受到越来越广泛的关注。组装该类高性能的柔性储能器件需要三维柔性电极材料。三维柔性碳电极是最佳的选择，主要因为其惰性的化学特征，而且可以用于几乎所有的电解质体系。目前文献报道的三维柔性碳电极主要是基于碳纳米材料，如碳纳米管和石墨烯等，可采用以下两种方法制备:(1)直接气相沉积组装，如阵列碳纳米管（Cao, A.; Dickrell, P. L.; Sawyer, W. G.; Ghasemi-Nejhad, M. N.; Ajayan, P. M.,. Science 2005, 310, 1307. Xiong, W.; Du, F.; Liu, Y.; Perez, A.; Supp, M.; Ramakrishnan, T. S.; Dai, L. M.; Jiang, L.,. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15839.）， 碳纳米管海绵（Gui, X. C.; Wei, J. Q.; Wang, K. L.; Cao, A. Y.; Zhu, H. W.; Jia, Y.; Shu, Q. K.; Wu, D. H., Carbon Nanotube Sponges. Adv. Mater.2010, 22, 617），三维柔性石墨烯网络（Chen, Z.; Ren, W.; Gao, L.; Liu, B.; Pei, S.; Cheng, H.-M., Nat Mater 2011, 10, 424），飞行石墨（Mecklenburg, M.; Schuchardt, A.; Mishra, Y. K.; Kaps, S.; Adelung, R.; Lotnyk, A.; Kienle, L.; Schulte, K., Adv. Mater. 2012, 24, 3486），以及它们通过浸入与聚合物形成的复合三维电极等（Lee, S. H.; Kim, H. W.; Hwang, J. O.; Lee, W. J.; Kwon, J.; Bielawski, C. W.; Ruoff, R. S.; Kim, S. O., Angew. Chem.Ed. 2010, 49, 10084）；(2)在聚合物基体上吸附碳纳米管，包括纸、海绵和织物等（Xie, X.; Ye, M.; Hu, L.; Liu, N.; McDonough, J. R.; Chen, W.; Alshareef, H. N.; Criddle, C. S.; Cui, Y., Energy Environ. Sci. 2012,5, 5265. Xie, X.; Yu, G.; Liu, N.; Bao, Z.; Criddle, C. S.; Cui, Y., Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6862.  Xie, X.; Hu, L.; Pasta, M.; Wells, G. F.; Kong, D.; Criddle, C. S.; Cui, Y., Nano Letters 2011, 11, 291-296.  Jost, K.; Perez, C. R.; McDonough, J. K.; Presser, V.; Heon, M.; Dion, G.; Gogotsi, Y., Energy Environ. Sci. 2011, 4, 5060.）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳海绵及其制备的方法，该碳海绵是采用直接高温碳化三聚氰胺-甲醛树脂泡沫材料的方法制备。该方法将具有制备简单、成本低等优点。

本发明是这样实现的，一种碳海绵的制备方法，其特征在于方法为：以三聚氰胺-甲醛树脂泡沫材料为原料，在惰性气氛保护下或真空条件下，直接高温碳化而成；碳海绵的孔隙度控制是采用机械压缩三聚氰胺-甲醛树脂泡沫材料来实现。

所述的原料三聚氰胺-甲醛树脂泡沫材料具有以下结构特征：开孔的、密度范围为4-12 kg^/m³，孔隙度大于95%。

所述的控制碳海绵的孔隙度的方法是：机械压缩三聚氰胺-甲醛树脂泡沫材料，即在高温碳化过程中，给树脂泡沫材料施加一定机械力。泡沫被压缩的体积百分比范围为0-90%。