[发明专利]一种针对超级电容器多孔炭材料碳源分子层面的优化方法

说明书

本发明公开了一种针对超级电容器多孔炭材料碳源分子层面的优化方法，具体包括以下步骤：通过预处理得到多种碳源前驱体，再采用质谱分析碳源前驱体的组成，在实验最佳条件下采用所述碳源前驱体制备多孔炭材料，对制备的多孔炭材料进行形貌和电化学性能表征，基于表征结果，构建碳源的分子组成和结构与多孔炭材料的形貌结构及电化学性能之间的关系。通过对碳源分子层面的研究，建立起碳源与材料形貌结构之间的关系并进一步明晰对材料电化学性能的影响。通过构建碳源与炭材料电化学形成之间的关系，为碳源原料的优选与炭材料制备过程的优化改性提供可行性的指导。

技术领域

本发明涉及储能装备的材料制备技术领域，特别是涉及一种针对超级电容器多孔炭材料碳源分子层面的优化方法。

背景技术

随着经济的迅猛发展，人类对于能源的需求大大的超越了目前已知的化石能源的储量，开发新型能源势在必得。目前人们已经开始应用的新能源包括太阳能、核能、潮汐能和风能等。但是由于我国对于这些无污染且可持续的能源的利用效率始终无法取得理想的效果。为了能够有效解决可持续能源的利用与存储，开发新型高效的储能装置逐渐引起重视。在探究各种储能器件的时候，超级电容器脱颖而出，成为最具发展潜力的储能设备之一。超级电容器电化学性能优异，具有功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电、可瞬时大电流放电和对环境无污染等优异特性。正是由于优异的性能，超级电容器成为电动汽车辅助能源和快速供电装置的不二之选。超级电容器主要由电极、电解液、集流体和隔膜四部分组成，其中电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的最关键因素之一。研究和开发高性能低成本的电极材料是超级电容器研发工作的重要内容。多孔炭材料多被用作超级电容器电极材料是由于其具有发达的孔隙结构，为充放电过程提高足够的接触面积，从而可以实现双电层电容器比电容和能量密度的提高。然而，由于多孔炭材料的性能受很多因素的影响，如煅烧温度，煅烧时间，模板剂用量，活化剂用量等。目前，大部分研究都是探究上述因素对超级电容器性能的影响，进而指导多孔炭材料的制备。但是影响多孔炭材料性能的最主要的内因，碳源的组成却鲜有研究，导致超级电容器制备过程中对原料选择存在盲目性。

发明内容

为了解决上述现有研究的不足，本发明的目的在于提供了一种针对超级电容器多孔炭材料碳源分子层面的优化方法。通过该方法探究碳源的分子组成和结构与多孔炭材料的形貌结构及电化学性能之间的关系，提供超级电容器原料选择的依据，进而对多孔炭材料的选材进行有针对性的指导。解决了现有技术中对原料选择的盲目性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种超级电容器多孔炭材料碳源分子层面的优化方法，包括以下步骤：

(1)通过预处理得到多种碳源前驱体；

(2)采用质谱分析碳源前驱体的组成，具体而言，采用GC/MS和四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱仪分析得到碳源前驱体的组成；

(3)在实验最佳条件下采用步骤(1)所述碳源前驱体制备多孔炭材料；

(4)对制备的多孔炭材料进行形貌和电化学性能表征；

(5)基于步骤(2)和步骤(4)的表征结果，构建碳源的分子组成和结构与多孔炭材料的形貌结构及电化学性能之间的关系。

具体而言，所述步骤(4)中采用扫描电子显微镜(SEM)和投射电子显微镜(TEM)表征多孔碳材料表观形貌；采用X射线衍射(XRD)分析多孔炭材料的物相组成，采用X射线光电子能谱(XPS分析多孔炭材料元素组成、化学状态、分子结构等信息；采用氮气物理吸脱附分析多孔炭材料比表面积等。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

引入高分辨率质谱，通过对于碳源分子组成和结构的研究，将碳源分子组成与多孔炭材料形貌结构及其电化学性能构建对应关系，为未来碳源的定向选取与优化提供依据。

附图说明