[发明专利]一种基于多级孔碳材料工作电极的超级电容器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于多级孔碳材料工作电极的超级电容器的制备方法，该超级电容器包括酸性三电极体系、碱性三电极体系、酸性两电极体系和碱性两电极体系，多级孔碳材料的比表面积为3948.643m²/g，总孔体积为2.518cm³/g，含有大量微孔、介孔及大孔。本发明工艺简单、成本低廉、可循环使用且材料消耗较少。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种基于多级孔碳材料工作电极的超级电容器的制备方法。

背景技术

因两次工业革命对煤炭、石油等化石能源的过量使用严重破坏了地球的生态环境，所以进入二十一世纪以来各个国家都在寻求和开发高效清洁的可再生绿色能源，以谋求社会的可持续发展。而超级电容器作为一种新型的能量储存装置，具有功率密度高、充放电速率快、操作温度宽、循环寿命长、自放电低、安全性能高及环境友好等优点，并且能够应用于交通、工业以及军事等重要领域，因此受到了各个国家的广泛关注，甚至被视为下一代先进能源储存系统研发的战略目标之一。多级孔碳材料是指材料结构中含有发达的孔隙结构，即含有大孔、介孔和微孔，不同的孔担负不同的功能，进而提高了超级电容器的电化学性能，因而近年来多级孔碳材料备受关注。同时，如何用较低的材料消耗并且准确地测出材料的性能也是各个科学家重点关注的问题。目前，制备多级孔碳材料的方法主要有模板法、活化剂法、直接碳化法等，但是模板法合成成本较高、产率较低、合成复杂且不能实现大规模量产，大大降低了其商业价值。

发明内容

本发明提供了一种工艺简单、成本低廉、可循环使用且材料消耗较少的基于多级孔碳材料工作电极的超级电容器的制备方法。

本发明为解决上述材料制备问题采用如下技术方案，一种基于多级孔碳材料工作电极的超级电容器的制备方法，其特征在于超级电容器包括酸性三电极体系、碱性三电极体系、酸性两电极体系和碱性两电极体系，多级孔碳材料的比表面积为3948.643m²/g，总孔体积为2.518cm³/g，含有大量微孔、介孔及大孔；

所述酸性三电极体系以涂覆有多级孔碳材料、乙炔黑和12wt% PTFE乳液的混合浆料的不锈钢板网电极片为工作电极，以不锈钢板网电极片为辅助电极，以硫酸亚汞电极为参比电极，以硫酸溶液为电解液，该酸性三电极体系在1A/g的恒电流密度下，比电容为532.0F/g，在20A/g的大电流密度下，比电容达到311F/g，且测试曲线表现出良好的对称性，体现出其优越的倍率性能，利用循环伏安法测试，即使在200mV/s的扫描速率下，测试曲线仍然表现出良好的矩形形状，该电极在电流密度为30A/g时经10000次循环后比电容保持率达到94.5%，表现出其卓越的循环稳定性；

所述碱性三电极体系以涂覆有多级孔碳材料、乙炔黑和12wt% PTFE乳液的混合浆料的不锈钢板网电极片为工作电极，以不锈钢板网电极片为辅助电极，以氧化汞电极参比电极，以氢氧化钾溶液为电解液，该碱性三电极体系在1A/g的恒电流密度下，比电容为496.0F/g，在20A/g的大电流密度下，比电容达到306.0F/g，且测试曲线表现出良好的对称性，体现出其优越的倍率性能，利用循环伏安法测试，即使在200mV/s的扫描速率下，测试曲线仍然表现出良好的矩形形状；

所述酸性两电极体系以以涂覆有多级孔碳材料、乙炔黑和12wt% PTFE乳液的混合浆料的不锈钢板网电极片为工作电极，以不锈钢板网电极片为辅助电极，以硫酸溶液为电解液，该酸性两电极体系在1A/g的恒电流密度下，比电容为379.0F/g，且测试曲线表现出良好的对称性，体现出其优越的倍率性能，利用循环伏安法测试，即使在200mV/s的扫描速率下，测试曲线仍然表现出良好的矩形形状；