[发明专利]一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法。本发明属于化学电源技术领域。用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法：(1)将生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯混合，溶于去离子水或去离子水/有机溶剂混合体系超声搅拌均匀；转移至聚四氟乙烯反应釜中，进行溶剂热反应；(2)氮掺杂多孔碳前驱体与氢氧化钾混合并溶解于去离子水中，超声分散，加热搅拌至溶剂去离子水蒸发后得到均匀分散的固体混合物；(3)固体混合物置于管式炉中在氩气保护下经高温活化处理后，盐酸洗涤，去离子水洗，烘干得到氮掺杂多孔碳材料。本发明具有工艺简单，操作方便，获得新型氮掺杂多孔碳材料，实现了良好的储能性能等优点。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法。

背景技术

目前，化学电容器是化学电源的重要分支，与传统化学电池相比，化学电容器具有更高的功率密度、更长的循环寿命且安全性能更好。与传统化学电池的化学相变储能原理相比，化学电容器则是基于双电层电荷存储和氧化还原赝电容原理完成能量的存储，这一储能机制有利于获得大幅提升的功率密度，因此化学电容器在各类军民储能技术领域都有者极大的应用前景。

电极储能材料是化学电容器的核心，化学电容器常用的电极储能材料可以根据储能机制分为双电层电容储能材料和赝电容储能材料。双电层电容材料主要由具有高比表面积的碳材料组成，这类碳材料主要是以经过活性炭、活性碳纤维、碳气凝胶、石墨烯、介孔碳等；赝电容材料主要包括两大类一类是过渡金属氧化物，这类电活性物质在充电时电解液中的离子由溶液中扩散到电极溶液界面，而后通过界面电化学反应进入到电极表面活性氧化物的体相中，当放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来。另一类是导电聚合物如聚苯胺，聚吡咯等，通过充放电过程中的氧化还原反应在聚合物膜上快速产生型或型掺杂从而使聚合物储存很高密度的电荷，产生较高的赝电容。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法。

本发明的目的是提供一种工艺简单，操作方便，获得新型氮掺杂多孔碳材料，实现了良好的储能性能等特点的用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法。

与赝电容材料相比，以碳材料为代表的双电层电容储能材料具有更好的循环稳定性，因此是现有化学电容器研究的重点。而提高碳材料电容储能材料的储能特性则需要依靠提升碳材料的比表面积、导电性以及设计合适的微观孔道结构。因此，本发明以生物质碳源为基础，通过引入有机小分子氮源和具有导电网络骨架支撑作用的石墨烯，制备获得新型氮掺杂多孔碳材料，同时利用该材料进行了用于化学电容器对称电池和锂离子电容器半电池性能测试分析，均实现了良好的储能性能。

本发明用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，实现过程：

(1)将生物质碳、含氮有机小分子、氧化石墨烯按比例混合，溶于去离子水或去离子水/有机溶剂混合体系超声搅拌均匀，形成前驱体混合溶液；将前驱体混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，在一定温度下溶剂热反应若干小时，形成氮掺杂多孔碳前驱体；

(2)将氮掺杂多孔碳前驱体与氢氧化钾按一定比例混合并溶解于去离子水中，超声分散，加热搅拌至溶剂去离子水全部蒸发后得到均匀分散的固体混合物；

(3)将所得到的固体混合物置于管式炉中在氩气保护下经一定时间、一定温度下的高温活化处理后，盐酸洗涤，去离子水洗并置于烘箱中烘干，得到氮掺杂多孔碳材料。

本发明用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法所采取的技术方案是：

一种用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征是：用于化学电容器的氮掺杂多孔碳材料的制备方法包括以下工艺过程：