[发明专利]一种用于超级电容器电极材料的含氮聚合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超级电容器电极材料的含氮聚合物的制备方法，属于超级电容器电极材料制备技术领域。

背景技术

超级电容器亦称为电化学电容器，是一类新型能量储存与转换器件。它能够提供比普通电容器(如平板电容器和电解电容器)更高的比能量和比电池更高的比功率及循环寿命；换言之，超级电容器能够填补传统电容器和电池之间的空白。超级电容器可以作为无污染的后备电源用于多种电器设备，也可以与电池组成混合电源为电动汽车提供动力(J.R.Miller and P.Simon,Science,2008,321,651-652.)。随着化石燃料(煤、石油、天然气)的日渐短缺和环境污染的日益严重，涉及超级电容器新型储能材料的研究正成为新材料领域的研究热点。

到目前为止，采用碳材料作为电极活性物质的超级电容器占商业化了的电化学电容器总量的80％(E.Frackowiak,Phys.Chem.Chem.Phys.,2007,9,1774-1785.)。超级电容器的储能包括双电层电容储能和法拉第赝电容储能两类。碳电极材料主要遵循双电层储能原理，即利用碳材料具有较大比表面积的特点，通过碳材料吸附电解液中的离子，在电解液/电极界面形成双电层来完成储能过程(J.R.Miller and P.Simon,Science,2008,321,651-652.)。根据平板电容器电容定律：

C=ϵrϵ0Ad]]>   (公式1)

上式中，C为比容量，A为电极比表面积，d为正负电荷分离距离，ε_r是电解液介电常数，ε₀是真空介电常数，增大电极的比表面积A或减少电荷分离距离d能够提高电容器的比容量。

选用比表面积较大的多孔炭作为电极材料，是提高超级电容器电化学性能的常用策略(Y.Zhu,S.Murali,M.D.Stoller,K.J.Ganesh,W.Cai,P.J.Ferreira,A.Pirkle,R.M.Wallace,K.A.Cychosz,M.Thommes,D.Su,E.A.Stach and R.S.Ruoff,Science,2011,332,1537–1541.)。但是，电极材料的比表面积大会降低其振实密度，并降低材料的体比容量C_v(F/cm³)和比表面容量C_ss(μF/cm²)，造成在容量一定的情况下电容器的体积增大。因此，在电极材料的实际应用中，体比容量比质比容量(F/g)更适合用来评价超级电容器的性能高低(P.Simon and Y.Gogotsi,Acc.Chem.Res.,2013,46,1094-1103.)。实验和理论研究结果表明(J.Chmiola,G.Yushin,Y.Gogotsi,C.Portet,P.Simon and P.L.Taberna,Science,2006,313,1760–1763.)，具有亚纳米(subnanopore)孔结构(孔径小于1nm)的电极材料能够显著提高其比容量，原因是电解液阳离子的溶剂化壳层能够在亚纳米孔中变形、去溶剂化，缩短正负电荷之间的分离距离d。