[发明专利]一种用于超级电容器的三维微管炭气凝胶/氧化钌复合电极材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种用于超级电容器的三维微管炭气凝胶/RuO₂复合电极材料的制备方法，属于电池材料领域。以管状纤维为原料，通过NaClO₂预处理，炭化，活化以及负载RuO₂制得，充分利用了可再生天然资源，原料丰富环保易得，而且管状纤维特有的管状结构有利于电解液的浸润及离子的高速运输，提高电化学性能；炭化和活化降低了常规溶胶凝胶过程的时间成本，解决了现有技术中使用毒性有机溶或强碱溶液对环境污染的问题，避免了超临界干燥的高昂成本和冷冻干燥的漫长过程，环境友好，符合绿色制备要求，适用于规模化生产；克服了炭材料本身比电容不高的限制，通过掺杂RuO₂，既控制了成本又达到了优异的电化学性能效果。

技术领域

本发明属于电极材料制备技术领域，特别是涉及一种用于超级电容器的三维微管炭气凝胶/RuO₂复合电极材料及其制备方法。

背景技术

炭气凝胶是一种新型的多孔性炭材料，兼具了气凝胶的高孔隙率，高比表面积的特点，以及炭材料的导电，耐高温，耐酸碱以及可降解等优点，在催化剂载体、吸附材料以及电化学等领域具有潜在的应用价值。

炭材料作为电极材料一直是超级电容器领域科研的研究重点。但是由于不是所有炭材料内部的孔隙都可以为比电容做贡献，单纯炭材料的比电容一般不超过250F/g，存在比电容低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于超级电容器的三维微管炭气凝胶/RuO₂复合电极材料及其制备方法。本发明以管状纤维为原料，通过掺杂RuO₂，提高比电容。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于超级电容器的三维微管炭气凝胶/RuO₂复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

将管状纤维、次氯酸钠、冰醋酸、水和乙醇混合，得到悬浮液；

将所述悬浮液洗涤至中性后，用乙醇置换出管状纤维内的水，得到乙醇-纤维悬浮液；

将所述乙醇-纤维悬浮液依次真空抽滤和干燥，得到管状纤维气凝胶；

将所述管状纤维气凝胶在惰性气体保护下预炭化后再进行炭化，得到炭化产物；

在活化气体中，将所述炭化产物进行活化，得到活化产物；

将所述活化产物在惰性气体中冷却，得到多孔管状纤维炭气凝胶材料；

将所述多孔管状纤维炭气凝胶浸渍在RuCl₃溶液中，用水和乙醇分别清洗固体产物后干燥，得到干燥产物；

将所述干燥产物在空气中煅烧，得到三维微管炭气凝胶/RuO₂复合电极材料。

优选地，所述管状纤维包括木棉纤维、柳絮纤维、杨絮纤维和香蒲纤维中的一种或多种。

优选地，所述水与乙醇的体积比为1～4：1、管状纤维的质量与水和乙醇的总体积比为1g：100mL，次氯酸钠的质量与水和乙醇的总体积比为0.007～0.01g：1mL，次氯酸钠的质量与冰醋酸的体积比为5～10g:1mL。

优选地，所述预炭化的温度为200～400℃，所述预炭化的时间为1～3.5小时。

优选地，所述炭化的温度为700～1100℃，所述炭化的时间为1～3小时。

优选地，所述活化气体包括CO₂、水蒸气、烟道气、氧气和空气中的一种或多种。

优选地，所述活化的温度为700～1100℃，所述活化的时间为0.5～3小时。