CN103500664A - 一种用于制备超级电容器的电极材料及制备方法 - Google Patents

一种用于制备超级电容器的电极材料及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103500664A
CN103500664A CN201310478258.8A CN201310478258A CN103500664A CN 103500664 A CN103500664 A CN 103500664A CN 201310478258 A CN201310478258 A CN 201310478258A CN 103500664 A CN103500664 A CN 103500664A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
electrode material
ultracapacitor
carborundum
product
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310478258.8A
Other languages
English (en)
Inventor
郭向云
谢松
靳国强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Original Assignee
Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS filed Critical Shanxi Institute of Coal Chemistry of CAS
Priority to CN201310478258.8A priority Critical patent/CN103500664A/zh
Publication of CN103500664A publication Critical patent/CN103500664A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

一种用于制备超级电容器的电极材料是由碳化硅、碳纳米管、过渡金属组成，其中过渡金属相对于碳化硅的质量百分含量为4%-37%，碳纳米管相对于碳化硅的质量百分含量为10%-500%。本发明具有结构稳定、性能良好、低成本、易于工业化生产的优点。

Description

一种用于制备超级电容器的电极材料及制备方法
技术领域
本发明属于一种电极材料及制备方法，具体涉及一种用于制备超级电容器的电极材料及制备方法。
背景技术
超级电容器是又称超大容量电容器或电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。超级电容器具有可瞬间释放特大电流，具有快速充放电、循环寿命长、无记忆效应等特点，且其比电容高于传统电容器，功率密度高于电池，是一种新的储能元件，在通讯、电子、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景。超级电容器按储能机理可分为双电层电容器和赝电容器。前者电极材料主要为高比表面积的碳材料，以电极和电解液内界面形成的双电层存储能量；后者电极材料为过渡金属氧化物或导电聚合物，以活性物质表面及体相所发生的快速可逆的氧化还原反应形式储存能量。其中赝电容器具有比双电层电容器更高的能量密度和功率密度，因而受到更为广泛的研究。
在众多的金属氧化物电极材料中，镍基电极材料以其丰富的资源、良好的环境相容性、低廉的价格，以及高的理论比电容而备受关注。例如，连理工大学的张莉等(公开号：CN102623187A)就公布了一种超级电容器氢氧化镍电极材料的制备方法，其特征是通过控制沉淀剂析出速度，即控制稀释区石英砂的厚度和主反应室的加热温度，以此来控制反应速度。该技术制备的电极材料具有较高的比电容和循环寿命。美国巴泰勒纪念研究所的                                                
Figure 22396DEST_PATH_IMAGE001
里塞等(公开号：CN102656650 A)公布了一种镍-钴超级电容器及其制备方法，该电容器拥有较好的快速充放电性能。河南煤业化工集团研究院有限责任公司的贾金才等(公开号：CN102324322 A)公布了一种超级电容器正极材料稀土掺杂LiNi0.5Mn1.5O4的制备方法。所得材料具有较高的比电容。
然而，由于所制得镍基材料活性面积较低，导电性以及离子传输速率较低，导致镍基电容器的比容量还远低于理论值。此外，由于材料结构稳定性差，其连续充放电的稳定性还有待进一步提高。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种结构稳定、性能良好、低成本、易于工业化生产的超级电容器电极材料及其制备方法。
本发明的电极材料由碳化硅、碳纳米管、过渡金属组成，其中过渡金属相对于碳化硅的质量百分含量为4%-37%，碳纳米管相对于碳化硅的质量百分含量为10%-500%。
如上所述的过渡金属为Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的一种或几种。     本发明的具体制备步骤如下：
（1）将碳化硅粉末分散于水溶液中搅拌均匀，得到料浆A；
（2）将表面活性剂、过渡金属的盐、尿素依次加入料浆A中，搅拌均匀，得到料浆B；
（3）    将料浆B加热升温至60-2400C，反应1-48h，得到产物C；
（4）将产物C离心分离，并在60-1200C下烘干后，放入马弗炉升温至400-8000C，煅烧2-8h，得到产物D；
（5）将产物D装入反应器，反应器一端接含碳气体，一端接到尾气处理装置，通过对反应器进行加热，在400-9000C下裂解含碳气体，含碳气体体积空速为500-4000/h，反应时间为1-10h，即得本发明的的最终产物——电极材料；
如上所述的碳化硅与水质量比为5-50/1000。碳化硅的比表面积为30-200 m2/g.
所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基氨基丙酸。
如上所述的过渡金属的盐为Fe、Co、Ni、Cu、Zn的硝酸盐、氯化盐或乙酸盐。
如上所述的表面活性剂、尿素与碳化硅的质量比为20-200:50-200：100。
所述的含碳气体为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯或丙烯一种或几种。
本发明的有益效果如下：
本发明提出了一种新型超级电容器电极材料及其制备方法。该材料以碳化硅为载体，通过水热法负载过渡金属的氧化物，再利用该氧化物催化裂解含碳气体，原位生长碳纳米管，制得一种含过渡金属、碳化硅与碳纳米管的电极材料。其中碳化硅作为合成过渡金属氧化物和裂解含碳气体制备碳纳米管的载体，具有耐酸碱、耐腐蚀、固定活性组分，提高稳定性的作用；原位生长的碳纳米管，能起到传导电子，提高电极材料活性和稳定性的作用；活性金属粒子大小均一，分布均匀，表现出优异的超级电容器充放电性能。该电极材料具有制备简便、环保、安全，电极材料比电容高、稳定性好、易于工业化大规模生产，以及所用载体碳化硅可重复回收利用等优点，具有良好的市场利用前景。
附图说明
图1 为碳化硅负载薄膜氧化镍的透射电镜图；
图2 为碳化硅负载氧化镍后原位生长碳纳米管的透射电镜图；
图3 为实施例1所得电极材料在1M KOH中的充放电曲线图；
图4 为实施例1所得电极材料在1M KOH中以20mA cm-2的电流密度连续充放电的稳定性曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细描述，但是本发明不仅限于实施例。
实施例1
1、             称取0.5g比表面积为62 m2/g的碳化硅粉末分散于100ml水中，搅拌至形成均匀浆液A；
2、             称取1g十六烷基三甲基溴化铵，0.1g硝酸镍，0.25g尿素依次加入上述浆液A中，搅拌至形成均匀浆液B；
3、             将所得浆液B移入反应釜中，加热至600C，恒温反应48h，得到产物C；
4、             将产物C离心分离，并在600C下烘干后，放入马弗炉升温至4000C，煅烧8h，得到产物D；
5、             将产物D装入反应器，反应器一端接乙烷气体，一端接到尾气处理装置，通过对反应器进行加热，升温至9000C下裂解乙烷，乙烷气体的体积空速为4000/h，反应时间为1h，收集所得产物E；（即碳化硅、碳纳米管与金属镍的复合物，其中镍相对于碳化硅的质量百分含量为4%，碳纳米管相对于碳化硅的质量百分含量为20%）
6、             将20mg所得产物E压制到1cm2的泡沫镍上，并以之为工作电极，以氧化汞电极为参比电极，Pt为对电极，在1M KOH溶液中测试其充放电性能。测试结果显示该电极材料比电容可达1728 F g-1。连续以20 mA cm-2的电流密度充放电2000次，电极依然能保持95%的活性。
实施例2
1、             称取5g比表面积为30 m2/g碳化硅粉末分散于100ml水中，搅拌至形成均匀浆液A；
2、             称取1g十二烷基苯磺酸钠，2.5g硝酸钴，2.5g硝酸镍，10g尿素依次加上上述浆液A中，搅拌至形成均匀浆液B；
3、             将所得浆液B移入反应釜中，加热至900C，恒温反应36h，得到产物C；
4、             将产物C离心分离，并在800C下烘干后，放入马弗炉升温至5000C，煅烧6h,得到产物D；
5、             将产物D装入反应器，反应器一端接甲烷气体，一端接到尾气处理装置，通过对反应器进行加热，升温至8000C下裂解甲烷，反应的体积空速为3000/h，反应时间为2h, 收集所得产物E；（即碳化硅、碳纳米管与金属钴镍的复合物，其中钴镍相对于碳化硅的质量百分含量为20%，碳纳米管相对于碳化硅的质量百分含量为200%）
6、             将产物E制成电极，测试其充放电性能（方法同实施例1）。测试结果显示该电极材料比电容可达921 F g-1。连续以20 mA cm-2的电流密度充放电2000次，电极依然能保持90%的活性。
实施例3
1、             称取2g比表面积为96 m2/g碳化硅粉末分散于100ml水中，搅拌至形成均匀浆液A；
2、             称取2g聚乙烯吡咯烷酮，2.5g硝酸铁，1.5g硝酸铜，2g尿素依次加上上述浆液A中，搅拌至形成均匀浆液B；
3、             将所得浆液B移入反应釜中，加热至1500C，恒温反应24h,得到产物C；
4、             将产物C离心分离，并在900C下烘干后，放入马弗炉升温至6000C，煅烧5h,得到产物D；
5、             将产物D装入反应器，反应器一端接丙烯气体，一端接到尾气处理装置，通过对反应器进行加热，升温至7000C下裂解丙烯，反应的体积空速为2000/h，反应时间为4h，收集所得产物E；（即碳化硅、碳纳米管与金属铁铜的复合物，其中铁铜相对于碳化硅的质量百分含量为37%，碳纳米管相对于碳化硅的质量百分含量为500%）
6、             将产物E制成电极，测试其充放电性能（方法同实施例1）。测试结果显示该电极材料比电容可达709 F g-1。连续以20 mA cm-2的电流密度充放电2000次，电极依然能保持96%的活性。
实施例4
1、             称取1g比表面积为200 m2/g碳化硅粉末分散于100ml水中，搅拌至形成均匀浆液A；
2、             称取1.5g十二烷基苯磺酸钠，0.8g乙酸钴，0.5g乙酸锌，1.5g尿素依次加上上述浆液A中，搅拌至形成均匀浆液B；
3、             将所得浆液B移入反应釜中，加热至1800C，恒温反应12h,得到产物C；
4、             将产物C离心分离，并在1000C下烘干后，放入马弗炉升温至6500C，煅烧4h,得到产物D；
5、             将产物D装入反应器，反应器一端接乙烯气体，一端接到尾气处理装置，通过对反应器进行加热，升温至6000C下裂解乙烯，反应的体积空速为1000/h，反应时间为6h，收集所得产物E；（即碳化硅、碳纳米管与金属钴锌的复合物，其中钴锌相对于碳化硅的质量百分含量为33.8%，碳纳米管相对于碳化硅的质量百分含量为150%）
6、             将产物E制成电极，测试其充放电性能（方法同实施例1）。测试结果显示该电极材料比电容可达856 F g-1。连续以20 mA cm-2的电流密度充放电2000次，电极依然能保持94%的活性。
实施例5
1、             称取3g比表面积为80 m2/g碳化硅粉末分散于100ml水中，搅拌至形成均匀浆液A；
2、             称取1.2g十二烷基氨基丙酸，1.5g氯化铁，1.8g尿素依次加上上述浆液A中，搅拌至形成均匀浆液B；
3、             将所得浆液B移入反应釜中，加热至2000C，恒温反应6h,得到产物C；
4、             将产物C离心分离，并在1200C下烘干后，放入马弗炉升温至7000C，煅烧3h,得到产物D；
5、             将产物D装入反应器，反应器一端接乙烯气体，一端接到尾气处理装置，通过对反应器进行加热，升温至5000C下裂解乙烯，反应的体积空速为500/h，反应时间为8h，收集所得产物E；（即碳化硅、碳纳米管与金属铁的复合物，其中铁相对于碳化硅的质量百分含量为10.3%，碳纳米管相对于碳化硅的质量百分含量为10%）
6、             将产物E制成电极，测试其充放电性能（方法同实施例1）。测试结果显示该电极材料比电容可达672 F g-1。连续以20 mA cm-2的电流密度充放电2000次，电极依然能保持90%的活性。
实施例6
1、             称取1g比表面积为182 m2/g碳化硅粉末分散于100ml水中，搅拌至形成均匀浆液A；
2、             称取1g十六烷基三甲基溴化铵，0.5g硝酸镍，0.18个硝酸铁，0.12g硝酸钴，1g尿素依次加上上述浆液A中，搅拌至形成均匀浆液B；
3、             将所得浆液B移入反应釜中，加热至2400C，恒温反应1h,得到产物C；
4、             将产物C离心分离，并在1000C下烘干后，放入马弗炉升温至8000C，煅烧2h,得到产物D；
5、             将产物D装入反应器，反应器一端接乙炔气体，一端接到尾气处理装置，通过对反应器进行加热，升温至4000C下裂解乙炔，反应的体积空速为1500/h，反应时间为10h，收集所得产物E；即碳化硅、碳纳米管与金属铁钴镍的复合物，其中铁钴镍相对于碳化硅的质量百分含量为15%，碳纳米管相对于碳化硅的质量百分含量为180%）
6、             将产物E制成电极，测试其充放电性能（方法同实施例1）。测试结果显示该电极材料比电容可达1703 F g-1。连续以20 mA cm-2的电流密度充放电2000次，电极依然能保持96%的活性。

Claims (9)

1. 一种用于制备超级电容器的电极材料，其特征在于电极材料由碳化硅、碳纳米管、过渡金属组成，其中过渡金属相对于碳化硅的质量百分含量为4%-37%，碳纳米管相对于碳化硅的质量百分含量为10%-500%。
2.如权利要求1所述的一种用于制备超级电容器的电极材料，其特征在于所述的过渡金属为Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的一种或几种。
3.如权利要求1或2所述的一种用于制备超级电容器的电极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将碳化硅粉末分散于水溶液中搅拌均匀，得到料浆A；
（2）将表面活性剂、过渡金属的盐、尿素依次加入料浆A中，搅拌均匀，得到料浆B；
将料浆B加热升温至60-2400C，反应1-48h，得到产物C；
（4）将产物C离心分离，并在60-1200C下烘干后，放入马弗炉升温至400-8000C，煅烧2-8h，得到产物D；
（5）将产物D装入反应器，反应器一端接含碳气体，一端接到尾气处理装置，通过对反应器进行加热，在400-9000C下裂解含碳气体，含碳气体体积空速为500-4000/h，反应时间为1-10h，即得本发明的的最终产物——电极材料。
4.如权利要求3所述的一种用于制备超级电容器的电极材料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中碳化硅与水质量比为5-50/1000。
5.如权利要求3所述的一种用于制备超级电容器的电极材料的制备方法，其特征在于所述碳化硅的比表面积为30-200 m2/g。
6.如权利要求3所述的一种用于制备超级电容器的电极材料的制备方法，其特征在于所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基氨基丙酸。
7.如权利要求3所述的一种用于制备超级电容器的电极材料的制备方法，其特征在于所述过渡金属的盐为Fe、Co、Ni、Cu、Zn的硝酸盐、氯化盐或乙酸盐。
8.如权利要求3所述的一种用于制备超级电容器的电极材料的制备方法，其特征在于所述表面活性剂、尿素与碳化硅的质量比为20-200:50-200：100。
9.如权利要求3所述的一种用于制备超级电容器的电极材料的制备方法，其特征在于所述的含碳气体为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯或丙烯一种或几种。
CN201310478258.8A 2013-10-14 2013-10-14 一种用于制备超级电容器的电极材料及制备方法 Pending CN103500664A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310478258.8A CN103500664A (zh) 2013-10-14 2013-10-14 一种用于制备超级电容器的电极材料及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310478258.8A CN103500664A (zh) 2013-10-14 2013-10-14 一种用于制备超级电容器的电极材料及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103500664A true CN103500664A (zh) 2014-01-08

Family

ID=49865861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310478258.8A Pending CN103500664A (zh) 2013-10-14 2013-10-14 一种用于制备超级电容器的电极材料及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103500664A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108579397A (zh) * 2018-04-25 2018-09-28 烟台大学 一种高利用率的固氟剂及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102549814A (zh) * 2009-09-22 2012-07-04 G4协同学公司 高性能电极

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102549814A (zh) * 2009-09-22 2012-07-04 G4协同学公司 高性能电极

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIAN JIANG ET AL: "CNT/Ni hybrid nanostructured arrays:synthesis and application as high-performance electrode materials for pseudocapacitors", 《ENERGY ENVIRON SCI》 *
JOHN P.ALPER ET AL: "Silicon carbide nanowires as highly robust electrodes for micro-supercapacitors", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 *
SONG XIE ET AL: "CNT-Ni/SiC hierarchical nanaostructures:preparation and their application in electrocatalytic oxidation of methanol", 《J.MATER.CHEM.A》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108579397A (zh) * 2018-04-25 2018-09-28 烟台大学 一种高利用率的固氟剂及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jin et al. Facile synthesis of Fe-MOF/RGO and its application as a high performance anode in lithium-ion batteries
CN102130334B (zh) 石墨烯基纳米铁氧化物复合材料及其制备方法
CN105958032B (zh) 一种通过掺杂镍元素提高铁酸锌电化学性能的方法及应用
CN105244191A (zh) 一种钴酸锰多孔纳米片/泡沫镍复合电极材料的制备方法
CN106935855B (zh) 一种多孔碳纳米管状材料及其制备方法和应用
CN106745323B (zh) 一种铁硫化合物及其复合材料的制备方法
CN102208614B (zh) 一种锂离子电池负极材料碳包覆三氧化二铁的制备方法
CN104934592B (zh) 一种锂离子电池负极材料ZnMnO3的制备方法
CN104157853B (zh) 一种负极材料、其制备方法及应用
CN108767260A (zh) 一种碳包覆FeP中空纳米电极材料及其制备方法和应用
CN106898503A (zh) 一种棒状核壳结构的钴酸镍/硫化钴镍纳米复合材料、制备方法及其应用
CN107275105A (zh) 超级电容器电极材料及其制备方法
CN104008888A (zh) 超级电容器用复合材料及电极片的制备方法
CN109802124A (zh) 一种金属原子掺杂多孔碳纳米复合材料及其制备方法和应用
CN107768645A (zh) 一种多孔的氮掺杂碳纳米片复合负极材料及其制备方法
CN105957728A (zh) 一种镍-钴双氢氧化物/NiCo2S4复合纳米材料、其制备方法及作为超级电容器电极材料的应用
CN110233056A (zh) 一种Co-Ni-S纳米片材料及其制备方法与应用
CN108987729A (zh) 一种锂硫电池正极材料及其制备方法与锂硫电池
CN105742625A (zh) 具有层状夹心结构的纳米电极材料及其制备方法和应用
CN105271438A (zh) 一种双海胆形貌的钴酸镁多孔结构电极材料的制备方法
CN110289407A (zh) 一种用于锂离子电池的碳包覆掺钴氧化锌纳米材料
CN106409520A (zh) 一种锂离子混合电容器电极材料的制备方法及应用
CN106684385A (zh) 一种Ni3C@洋葱状碳/无定形碳纳米复合物及其制备方法和应用
CN110048099A (zh) 钠离子电池的电极材料及其制备方法和应用
CN103531809A (zh) 一种核壳结构颗粒与石墨烯复合材料的制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140108

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication