[发明专利]一种超级电容器电极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种超级电容器电极材料的制备方法。称取一定质量的炭黑，并将炭黑平铺基板上，同时将反应炉以一定升温速度升到300~600℃。将盛有炭黑的基板迅速放入反应炉中，保持反应炉内空气流通，在300~600℃下保温4~12 h。将产物取出、冷却，即获得可用于超级电容器的电极材料。热氧化温度与炭黑粒径有关。不同热氧化温度与热氧化时间均对炭黑热氧化程度有较大影响。热氧化炭黑具有较大比表面积和适宜的孔径分布，将其作为活性材料应用于电极材料领域。该电极材料在0.2 A/g的电流密度下，稳定的比电容量高达173 F/g，电流密度从0.2 A/g逐渐增大到20 A/g时，比容量保持率在80%左右，具有良好的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料领域，特别涉及一种空心纳米炭黑的制备方法和应用。

背景技术

超级电容器（supercapacitor）又叫电化学电容器，根据储存电荷的机理不同，可将其分为双电层电容器和赝电容电容器两类。双电层电容器采用多孔碳材料作为电极，在多孔碳电极/电解液的界面上通过静电力吸附和脱附相反电荷性质的电荷形成双电层，以达到存储电荷的目的，此过程中没有法拉第反应的发生。而对于赝电容电容器来说，其容量主要来源于活性物质在电极表面发生的快速可逆的氧化/还原反应或法拉第电荷反应，例如金属氧化物、金属氢氧化物、硫化物及导电聚合物材料[Wu M-S, Chiang P-C J.Fabrication of nanostructured manganese oxide electrodes for electrochemicalcapacitors [J]. Electrochemical and solid-state letters, 2004, 7(6): A123-A126.]。多孔碳材料由于具有高度发达的孔隙结构和较大的比表面积，作为双电层电容器的重要电极材料，具有较好的电化学性能和较高的比容量。

活性炭作为双电层电容器使用最广的电极材料，具有完美的充放电行为、高比表面积、相对较低的成本、优异的化学、热力学稳定性及电导率[Murphy A B, Barnes P R F,Randeniya L K, et al. Efficiency in solar water splitting using semiconductorelectrodes [J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2006, 31(14): 1999-2017.]。活性炭通常通过在惰性气氛中碳化各种类型的天然或合成的富碳有机前体得到，随后通过物理/化学活化来造孔，经过造孔处理之后，可得到需要的孔径。目前一系列比表面积高达900-3500 m² g^-1的活性炭已经被应用，在水性电解液中比电容可达200-550 F g^-1，在非水电解液中，比电容也有130 -230 F g^-1[Yan J, Qian W, Tong W, et al.Supercapacitors: Recent advances in design and fabrication of electrochemicalsupercapacitors with high energy densities (adv. Energy mater. 4/2014) [J].Advanced Energy Materials, 2014, 4(4): 11-14]。但活性炭存在制备工艺复杂、所用试剂污染环境等缺点，在活性炭活化造孔过程中需要用到KOH、NaOH、ZnCl₂、H₃PO₄等强腐蚀性试剂，不仅对实验人员造成伤害，还会污染环境，并且工艺流程复杂，成本较高，不利于工业化的实现。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种以工业化大规模生产的炭黑为原料制备适用于超级电容器使用的电极材料的方法，按下列方法制得。

步骤一：称取一定质量的炭黑，并将炭黑平铺基板上，同时将反应炉以一定升温速度升到300~600℃。