[发明专利]一种电容器的制备方法

说明书

本发明公开了一种电容器的制备方法，该石墨烯碳点基电容器使用了廉价的原料制备的石墨烯碳点作为填料，所得电容器可大量生产，在石墨烯中加入一定比例的石墨烯碳点，可有效提升电容器的质量比容量和倍率性能。本发明以聚酰亚胺、聚丙烯腈、沥青及其工业废料或者对应的工业废品作为原料，可廉价且大量的制备石墨烯碳点，满足工业应用的需求。本发明所制备的碳点可直接实现氮掺杂，将氮掺杂石墨烯碳点加入石墨烯基超级电容器中，可改善传统石墨烯超级电容器质量比容量低，倍率性能提升困难的问题。

技术领域

本发明属于能源技术领域，尤其涉及一种电容器的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种满足于当前环境对可持续发展要求的低成本新型电化学储能装置。具有高功率密度、长周期稳定性和高安全性的优点。基于不同的储能机制，超级电容器可以分为电化学双电层电容器和赝电容器。其中赝电容器可以获得比电化学双电层电容器更高的赝电容。石墨烯以其高比表面积和导电率成为了制备赝电容器的热点材料。尽管石墨烯电容器可以获得较高的赝电容，但是为了进一步提高这一性能，就要赋予石墨烯活性或者在石墨烯赝电容器中添加活性物质。然而具有高导电性的石墨烯尺寸很大，意味着比表面积的降低和难掺杂。而诸多的过渡金属和高分子等活性物质则存在和石墨烯相容性能不佳的问题。

石墨烯碳点是一种比表面积大，活性高，易掺杂的零维碳材料，将石墨烯碳点掺入石墨烯中提高其复合电容器的赝电容既可以解决石墨烯难掺杂的问题，也可以在保证石墨烯导电性的同时，合理的调控其表面面积。

然而当前所使用的石墨烯碳点都是采取有机分子合成或者是碳基材料剪切的方法。这些方法都存在着材料昂贵或者制备效率低的问题。且很难规模化生产。

人造聚酰亚胺石墨膜被大量应用于导电导热领域，在人造聚酰亚胺石墨膜的制备过程中，会产生大量的废弃聚酰亚胺材料，因此该废料是一个可靠且大量的碳前体的来源。聚酰亚胺膜可碳化区间大，从800-2300℃可以形成sp³和sp²碳双连续特征，且sp²碳和sp³碳比例可调节，这就说明我们可以有效的调节聚酰亚胺的碳化程度。然而现在大部分聚酰亚胺工业废料都被当做垃圾治理掉，非常地浪费。因此利用聚酰亚胺废料来制备石墨烯碳点并应用于电容器中是一个切实有效的方法。与聚酰亚胺类似，聚丙烯腈和沥青的工业废料也具有相似的特点。

发明内容

本本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电容器的制备方法，以廉价且大量易得的碳前体，实现石墨烯碳点的高效且宏量的制备，利用这种石墨烯碳点和石墨烯复合制备电容器，提高传统电容器的赝电容。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电容器的制备方法，具体为：

(1)将工业废碳材料在800-2300℃下热处理后采用电化学法电解工业碳废料，得到石墨烯碳点；所述电化学法电解采用1V-50V的电压，采用的电解质浓度为0.01-30mol/L，电解时间为1-24h；

(2)将得到的石墨烯碳点和石墨烯混合，制备复合材料，经还原后，制备成超级电容器。所述石墨烯碳点的添加量为1％-5％。

进一步地，对步骤(1)得到的石墨烯碳点可通过电化学法进行氮掺杂，该方法具体为：选用含有铵根离子的电解质，采用1V-50V的电压，采用的电解质浓度为0.01-30mol/L，电解时间为1-24h。所得氮掺杂的氮含量占石墨烯碳点总元素含量的的1％-20％。

进一步地，所述含铵根离子电解质为硫酸铵、氨水、氯化铵。

进一步地，所述电解质由硫酸铵、氨水、氯化铵、对苯二甲酸中的一种或几种按任意比例混合组成。

进一步地，所述工业废碳材料为聚酰亚胺、聚丙烯腈、沥青及其工业废料或者对应的工业废品。