[发明专利]多孔海绵碳、其一步熔盐电解制备方法、电极材料及电极

说明书

本发明属于超级电容器领域，涉及一种多孔海绵碳、其一步熔盐电解制备方法、电极材料及电极。该多孔海绵碳的一步熔盐电解制备方法为：在空气氛围中，以镍丝为阳极，镀锌铁丝为阴极，在熔融状态的Li‑Na‑K碳酸盐电解液中进行电解，电流密度为0.2A/cm²～0.9A/cm²，时间为4h～0.89h，总电量3Ah～5Ah，得到多孔海绵碳。本发明解决了超级电容器的活性碳、电极活性材料制备过程中制备工序复杂，高成本的问题，获得的多孔海绵碳材料具有较高的电容容量和良好的循环稳定性，极大地推进了其商业化应用，并在一定程度上缓解了温室效应。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，涉及一种多孔海绵碳、其一步熔盐电解制备方法、电极材料及电极，更具体地，涉及一种超级电容器电极活性材料及其一步熔盐电解制备方法，特别是在熔盐中一步电解制备多孔海绵碳从而获得超级电容器电极活性材料。

背景技术

大气中不断增加的二氧化碳(CO₂)浓度正威胁着全球气候和人类生存。大气中每增加2ppm的CO₂就相当于净增加了156亿吨的CO₂。在电力、交通和工业生产过程中，化石燃料的燃烧仍然是CO₂积累的主要原因。因此，开发清洁可再生能源技术迫在眉睫。高功率密度、长循环寿命的超级电容器是很有前途的能量转换和存储器件。电容的电极材料是影响其高电容性能的重要因素。碳材料作为电极材料被广泛应用于超级电容器的制备。材料的制备应遵循节能、低成本、量产的原则，这是实际应用的基础。到目前为止，大多数超级电容器活性碳材料的合成方法都需要模板、高温碳化、使用KOH、NaOH或H₃PO₄活化剂等复杂的处理方法。此外，大多数工艺都需要在惰性气体环境中进行，以抑制碳的氧化来提高产物的产率。这些合成方法在规模化、低成本、可持续制备方面存在一定的局限性。因此，开发一种资源节约与环境友好的方法，进行超级电容器活性材料的大规模生产具有重要意义。

近年来，国内外专家学者对超级电容器活性材料进行了非常深入的研究，尤其是对活性碳材料的研究。由于碳材料具有优良的导电性和良好的电化学稳定性，在充电放电过程中，能够有效的提高材料的循环稳定性，而被认为是良好的超级电容器材料。

Advanced Energy Materials杂志2012年第2卷419-124页，报道了以氧化镁(MgO)为模板，煤焦油为碳源，先将两者混合制备浆料，在60℃下保温老化48h，随后在氮气保护氛围下900℃碳化，最后用氢氟酸刻蚀氧化镁来制备多孔的碳材料。获得的材料在2mV/s的扫速下的比容量为289F/g。这种方法制备的碳材料工序复杂，而且还使用了剧毒的氢氟酸，材料的制备成本过高，环境不友好。

Advanced Energy Materials杂志在2015年第6卷1500871页报道了使用KOH活化C₇₀微米棒来制备超级电容器活性材料。实验中，先使用液液界面法制备了C₇₀微米棒，随后将干燥后的C₇₀微米棒以一定质量的KOH混合均匀后在600℃下碳化，制备了多孔的超级电容器活性碳材料。该材料在0.1A/g电流密度下的比容量为362F/g，远低于本发明中的667F/g(0.2A/g)。需要指出的是，该实验中C₇₀成本高，使用KOH活化后产率较低，远达不到实际商业化生产的要求。