[发明专利]一种改性超级电容炭的制备工艺

说明书

本发明提供一种改性超级电容炭的制备工艺，属于储能材料制备领域，本发明以两亲性的聚苯乙烯‑b‑聚氧乙烯嵌段聚合物在溶剂中形成的胶束为模板，以硒氢化钠处理的葡萄糖为碳源，制备了硒负载的多孔碳，再与磷掺杂的活性炭复合，通过高温热解制得改性的多孔碳材料，通过复合硒负载的多孔碳并高温热解制得改性的活性炭材料，基于硒和磷的协同作用，提高活性炭电极的循环稳定性，同时有效提高导电性，表现出优异的电容性能。

技术领域

本发明涉及储能材料制备领域，具体涉及一种改性超级电容炭及其制备工艺和应用。

背景技术

超级电容器，既具有传统物理电容的高比功率和循环性，又具有化学电源的高比能量特性，所以，它既能满足要求高比功率的使用条件，又能满足要求高比能量的使用条件。由于超级电容器具有优良的脉冲充放电性能以及传统物理电容所不具有的大容量储能性能，在高能脉冲激光器的应用已经引起了人们的广泛关注。同时，因其存储能量大，质量轻，可无限次充放电而被人们用作计算机系统和无限电通讯设备的备用电源。随着环保型电动汽车研究的兴起，超级电容器可以独立或与二次电池(如铅酸电池或锂离子电池)组合作为电动汽车的电源系统，具有十分广泛的应用前景。

在超级电容器的各种电极材料中，价格低廉的活性炭材料是应用最广泛也是技术最成熟的一类。活性炭材料具有优良的导热性能和导电性能，其密度低，抗化学腐蚀性能好，热膨胀系数小，弹性模量不高。可通过不同方法制得粉末、块状、纤维、布等多种形态，同时还拥有多种同素异形体(如石墨、金刚石、富勒烯)，也可因石墨化程度的不同而具有不同的空间结构，故被广泛用于电化学领域作电极材料。

传统的电容器电极活性炭，其比表面积较高，但电容量较低，故提高超级电容器用活性炭电极材料的性能，不能单纯只考虑提高其比表面积，应综合考虑其表面化学性质，从改变炭材料表面结构入手，对碳材料表面进行改性，以提高电容性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种改性超级电容炭的制备工艺。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种改性超级电容炭的制备工艺，包括以下步骤：

S1、碳源溶液制备

称取硒粉1份，硼氢化钠8份，加入去离子水100份，在N₂气氛下持续搅拌至澄清，再加入葡萄糖4-5份，在N₂气氛下继续搅拌至澄清，得到溶液A；

S2、硒负载多孔碳制备

将聚苯乙烯-b-聚氧乙烯嵌段聚合物按料液比10g/L搅拌溶解在四氢呋喃溶剂中，得到聚合物溶液，加入乙醇水溶液，剧烈搅拌，搅拌速率800-1000rpm，搅拌时间10min，得到溶液B，所述乙醇水溶液与所述聚合物溶液的混合体积比为3:1，再快速加入与所述溶液B等体积的所述溶液A，在N₂气氛下持续搅拌反应40-60min，加入质量浓度为2g/L的氧化石墨烯水溶液，得到溶液C，所述氧化石墨烯水溶液与所述溶液B的混合体积比为1:25，搅拌均匀后静置10min，加入质量浓度0.3g/mL的过氧二硫酸铵溶液，得到溶液D，所述过氧二硫酸铵溶液与所述溶液C的混合体积比为1:100，将所述溶液D于冰水浴中搅拌反应3-4h，离心分离沉淀，以所述乙醇水溶液洗涤沉淀，将沉淀以2℃/min的升温速率从室温逐渐加热到200-250℃，稳定20min后切换为氮气保护气氛，继续升温至450-550℃，保温3h，制得硒负载多孔碳；

S3、活性炭处理

在活性炭中加入质量浓度30％的硝酸溶液浸泡2h，滤出，去离子水洗涤，干燥，再超声分散在乙二醇中，得到溶液E，称取三碘化磷并溶解在丙酮中，配制为1g/L的三碘化磷溶液，边搅拌边将所述三碘化磷溶液缓慢加入到所述溶液E中，添加完毕后继续搅拌反应40-60min，8000rpm离心15min分离沉淀，沉淀以丙酮洗涤，干燥制得磷掺杂活性炭；

S4、高温热解