[发明专利]一种基于多级孔氮氟掺杂碳材料工作电极的超级电容器的制备方法

权利要求书

1.一种基于多级孔氮氟掺杂碳材料工作电极的超级电容器的制备方法，其特征在于：所述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，所述多级孔氮氟掺杂碳材料的比表面积为3619.244m²/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氮氟掺杂碳材料、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550.0F/g，在20A/g的大电流密度下，比电容达到312F/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氮氟掺杂碳材料、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503.0F/g，在20A/g的大电流密度下，比电容达到312.5F/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涂覆有多级孔氮氟掺杂碳材料、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407.0F/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；

所述碱性两电极体系以涂覆有多级孔氮氟掺杂碳材料、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，该碱性两电极体系在1A/g的恒电流密度下，比电容为366.0F/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；

所述多级孔氮氟掺杂碳材料的具体制备过程为：

步骤S1：将生物质碳源菠萝蜜外表皮4g和氟化铵盐0.8g在反应容器中充分混合均匀，并在室温条件下静置12h得到物料A；

步骤S2：将步骤S1得到的物料A转移到瓷舟中并置于管式炉内，在以氮气为保护气的情况下从室温经过60min升温至300℃并于300℃保持60min，然后再经过60min升温至600℃并于600℃碳化处理2h，然后自然降温至室温得到物料B；

步骤S3：将0.5g步骤S2得到的物料B与KOH固体按质量比1:4的比例混合，再加入5-7mL去离子水充分搅拌使其混合均匀，室温条件下静置8h后于105℃烘箱中烘干得到物料C；

步骤S4：将步骤S3得到的物料C转移到镍舟中并置于管式炉里，在以氮气为保护气的情况下从室温经过140min升温至700℃后并于700℃活化处理2h，然后自然降温至室温得到物料D；

步骤S5：将步骤S4得到的物料D转移至反应容器中并加入摩尔浓度为2mol/L的盐酸溶液浸泡12h，用高纯水洗涤至滤液的pH为中性，然后于105℃干燥12h得到多级孔氮氟掺杂碳材料。