CN105632782A - 一种电容器元件复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电容器元件复合材料及其制备方法。其制备方法如下：（1）将氧化石墨烯、木糖醇、木质素、蔗糖和蒸馏水混合搅拌；（2）装入水热反应釜中保温；（3）冷却至室温，过滤，以蒸馏水洗涤至中性；（4）放入烘箱中干燥得产物A；（5）将产物A、氢氧化钾、氢氧化钠和剩余蒸馏水混合搅拌；（6）将茶皂素、山梨酸、丁基羟基茴香醚、2,6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸正丁酯和异丙醇混合搅拌；（7）将上述混合物混合，置于管式炉中烧结；（8）冷却至室温，先后用浓盐酸和蒸馏水洗涤至中性；（9）放入烘箱中干燥即得。本发明的电容器元件复合材料具有非常高的比电容值和能量密度，放电效率高，同时具有优异的循环使用稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种电容器元件复合材料及其制备方法。
背景技术
随着世界经济的快速发展，人口的迅猛增长，环境污染问题和能源短缺问题已成为亟待解决的世界性问题。尤其是随着石油等不可再生资源的日益枯竭，而能源需求却在进一步扩大的今天，能源短缺问题直接关系着经济的发展和社会的稳定。近些年来，不少专家与企业也在探索新型可再生能源来代替这些不可再生资源，如太阳能和风能等清洁能源，也取得了一定的进展，但是这些能源输出不稳定，同时具有时效性，因此需要一些储能器件来将这些能量储存起来，再通过在这些器件来实现能量的稳定输出。而电容器就是这样一种器件，目前已被广泛用于便携式移动电源、备用电源和混合动力汽车电源等领域，因此具有重要的社会价值和巨大的市场前景。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种电容器元件复合材料，其比电容值和能量密度都非常高，较传统电容器高出许多，放电效率高，同时也表现出很好的可逆性，具有优异的循环使用稳定性。
技术方案：一种电容器元件复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯2-5份、木糖醇10-20份、木质素50-80份、茶皂素1-2份、山梨酸0.1-0.3份、蔗糖50-70份、丁基羟基茴香醚0.5-1份、2,6-二叔丁基对甲酚0.4-0.8份、硬脂酸正丁酯1-2份、异丙醇3-6份、浓盐酸5-10份、氢氧化钾10-20份、氢氧化钠10-20份、蒸馏水200-300份。
进一步优选的，所述的一种电容器元件复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯3-4份、木糖醇12-17份、木质素60-70份、茶皂素1.2-1.6份、山梨酸0.15-0.25份、蔗糖55-65份、丁基羟基茴香醚0.6-0.9份、2,6-二叔丁基对甲酚0.5-0.7份、硬脂酸正丁酯1.1-1.7份、异丙醇4-5份、浓盐酸6-9份、氢氧化钾12-18份、氢氧化钠12-17份、蒸馏水220-280份。
上述电容器元件复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将氧化石墨烯、木糖醇、木质素、蔗糖和150-250份蒸馏水混合，搅拌3-4小时；
（2）装入水热反应釜中，加热到200-250℃保温12-13小时；
（3）冷却至室温，过滤，以蒸馏水洗涤至中性；
（4）放入烘箱中，在温度110-120℃下干燥22-24小时，得产物A；
（5）将产物A、氢氧化钾、氢氧化钠和剩余蒸馏水混合搅拌；
（6）将茶皂素、山梨酸、丁基羟基茴香醚、2,6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸正丁酯和异丙醇混合搅拌10-20分钟；
（7）将上述混合物混合，置于管式炉中烧结，烧结温度为780-820℃，升温速率为5℃/min，保温时间为60-90分钟；
（8）冷却至室温，先后用浓盐酸和蒸馏水洗涤至中性；
（9）放入烘箱中，在温度110-120℃下干燥22-24小时即得。
进一步优选的，步骤（1）中搅拌时间3.5小时。
进一步优选的，步骤（2）中温度为210-240℃，保温时间为12.5小时。
进一步优选的，步骤（4）中温度为115℃，干燥时间为22.5-23.5小时。
进一步优选的，步骤（6）中搅拌时间为15分钟。
进一步优选的，步骤（7）中烧结温度为790-810℃，保温时间为70-80分钟。
进一步优选的，步骤（9）中温度为115℃，干燥时间为22.5-23.5小时。
有益效果：本发明的电容器元件复合材料的比表面积在3120-3130m2/g之间，其比电容值非常高，最高可达210F/g，能量密度也高达49.7Wh/kg，较传统电容器高出许多，放电效率高，同时本材料表现出很好的可逆性，具有优异的循环使用稳定性。
具体实施方式
实施例1
一种电容器元件复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯2份、木糖醇10份、木质素50份、茶皂素1份、山梨酸0.1份、蔗糖50份、丁基羟基茴香醚0.5份、2,6-二叔丁基对甲酚0.4份、硬脂酸正丁酯1份、异丙醇3份、浓盐酸5份、氢氧化钾10份、氢氧化钠10份、蒸馏水200份。
上述电容器元件复合材料的制备方法为：（1）将氧化石墨烯、木糖醇、木质素、蔗糖和150份蒸馏水混合，搅拌3小时；（2）装入水热反应釜中，加热到200℃保温12小时；（3）冷却至室温，过滤，以蒸馏水洗涤至中性；（4）放入烘箱中，在温度110℃下干燥22小时，得产物A；（5）将产物A、氢氧化钾、氢氧化钠和剩余蒸馏水混合搅拌；（6）将茶皂素、山梨酸、丁基羟基茴香醚、2,6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸正丁酯和异丙醇混合搅拌10分钟；（7）将上述混合物混合，置于管式炉中烧结，烧结温度为780℃，升温速率为5℃/min，保温时间为60分钟；（8）冷却至室温，先后用浓盐酸和蒸馏水洗涤至中性；（9）放入烘箱中，在温度110℃下干燥22小时即得。
实施例2
一种电容器元件复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯3.5份、木糖醇15份、木质素65份、茶皂素1.5份、山梨酸0.2份、蔗糖60份、丁基羟基茴香醚0.75份、2,6-二叔丁基对甲酚0.6份、硬脂酸正丁酯1.5份、异丙醇4.5份、浓盐酸7.5份、氢氧化钾10-20份、氢氧化钠15份、蒸馏水250份。
上述电容器元件复合材料的制备方法为：（1）将氧化石墨烯、木糖醇、木质素、蔗糖和200份蒸馏水混合，搅拌3.5小时；（2）装入水热反应釜中，加热到225℃保温12.5小时；（3）冷却至室温，过滤，以蒸馏水洗涤至中性；（4）放入烘箱中，在温度115℃下干燥23小时，得产物A；（5）将产物A、氢氧化钾、氢氧化钠和剩余蒸馏水混合搅拌；（6）将茶皂素、山梨酸、丁基羟基茴香醚、2,6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸正丁酯和异丙醇混合搅拌15分钟；（7）将上述混合物混合，置于管式炉中烧结，烧结温度为800℃，升温速率为5℃/min，保温时间为75分钟；（8）冷却至室温，先后用浓盐酸和蒸馏水洗涤至中性；（9）放入烘箱中，在温度115℃下干燥23小时即得。
实施例3
一种电容器元件复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯5份、木糖醇20份、木质素80份、茶皂素2份、山梨酸0.3份、蔗糖70份、丁基羟基茴香醚1份、2,6-二叔丁基对甲酚0.8份、硬脂酸正丁酯2份、异丙醇6份、浓盐酸10份、氢氧化钾20份、氢氧化钠20份、蒸馏水300份。
上述电容器元件复合材料的制备方法为：（1）将氧化石墨烯、木糖醇、木质素、蔗糖和250份蒸馏水混合，搅拌4小时；（2）装入水热反应釜中，加热到250℃保温13小时；（3）冷却至室温，过滤，以蒸馏水洗涤至中性；（4）放入烘箱中，在温度120℃下干燥24小时，得产物A；（5）将产物A、氢氧化钾、氢氧化钠和剩余蒸馏水混合搅拌；（6）将茶皂素、山梨酸、丁基羟基茴香醚、2,6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸正丁酯和异丙醇混合搅拌20分钟；（7）将上述混合物混合，置于管式炉中烧结，烧结温度为820℃，升温速率为5℃/min，保温时间为90分钟；（8）冷却至室温，先后用浓盐酸和蒸馏水洗涤至中性；（9）放入烘箱中，在温度120℃下干燥24小时即得。
实施例4
一种电容器元件复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯3份、木糖醇12份、木质素60份、茶皂素1.2份、山梨酸0.15份、蔗糖55份、丁基羟基茴香醚0.6份、2,6-二叔丁基对甲酚0.5份、硬脂酸正丁酯1.1份、异丙醇4份、浓盐酸6份、氢氧化钾12份、氢氧化钠12份、蒸馏水220份。
上述电容器元件复合材料的制备方法为：（1）将氧化石墨烯、木糖醇、木质素、蔗糖和200份蒸馏水混合，搅拌3.5小时；（2）装入水热反应釜中，加热到210℃保温12.5小时；（3）冷却至室温，过滤，以蒸馏水洗涤至中性；（4）放入烘箱中，在温度115℃下干燥22.5小时，得产物A；（5）将产物A、氢氧化钾、氢氧化钠和剩余蒸馏水混合搅拌；（6）将茶皂素、山梨酸、丁基羟基茴香醚、2,6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸正丁酯和异丙醇混合搅拌15分钟；（7）将上述混合物混合，置于管式炉中烧结，烧结温度为790℃，升温速率为5℃/min，保温时间为70分钟；（8）冷却至室温，先后用浓盐酸和蒸馏水洗涤至中性；（9）放入烘箱中，在温度115℃下干燥22.5小时即得。
实施例5
一种电容器元件复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯4份、木糖醇17份、木质素70份、茶皂素1.6份、山梨酸0.25份、蔗糖65份、丁基羟基茴香醚0.9份、2,6-二叔丁基对甲酚0.7份、硬脂酸正丁酯1.7份、异丙醇5份、浓盐酸9份、氢氧化钾18份、氢氧化钠17份、蒸馏水280份。
上述电容器元件复合材料的制备方法为：（1）将氧化石墨烯、木糖醇、木质素、蔗糖和200份蒸馏水混合，搅拌3.5小时；（2）装入水热反应釜中，加热到240℃保温12.5小时；（3）冷却至室温，过滤，以蒸馏水洗涤至中性；（4）放入烘箱中，在温度115℃下干燥23.5小时，得产物A；（5）将产物A、氢氧化钾、氢氧化钠和剩余蒸馏水混合搅拌；（6）将茶皂素、山梨酸、丁基羟基茴香醚、2,6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸正丁酯和异丙醇混合搅拌15分钟；（7）将上述混合物混合，置于管式炉中烧结，烧结温度为810℃，升温速率为5℃/min，保温时间为80分钟；（8）冷却至室温，先后用浓盐酸和蒸馏水洗涤至中性；（9）放入烘箱中，在温度115℃下干燥23.5小时即得。
对比例1
本实施例与实施例5的区别在于以木质素代替蔗糖。具体地说是：
一种电容器元件复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯4份、木糖醇17份、木质素135份、茶皂素1.6份、山梨酸0.25份、丁基羟基茴香醚0.9份、2,6-二叔丁基对甲酚0.7份、硬脂酸正丁酯1.7份、异丙醇5份、浓盐酸9份、氢氧化钾18份、氢氧化钠17份、蒸馏水280份。
上述电容器元件复合材料的制备方法为：（1）将氧化石墨烯、木糖醇、木质素和200份蒸馏水混合，搅拌3.5小时；（2）装入水热反应釜中，加热到240℃保温12.5小时；（3）冷却至室温，过滤，以蒸馏水洗涤至中性；（4）放入烘箱中，在温度115℃下干燥23.5小时，得产物A；（5）将产物A、氢氧化钾、氢氧化钠和剩余蒸馏水混合搅拌；（6）将茶皂素、山梨酸、丁基羟基茴香醚、2,6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸正丁酯和异丙醇混合搅拌15分钟；（7）将上述混合物混合，置于管式炉中烧结，烧结温度为810℃，升温速率为5℃/min，保温时间为80分钟；（8）冷却至室温，先后用浓盐酸和蒸馏水洗涤至中性；（9）放入烘箱中，在温度115℃下干燥23.5小时即得。
对比例2
本实施例与实施例5的区别在于不含有茶皂素和硬脂酸正丁酯。具体地说是：
一种电容器元件复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯4份、木糖醇17份、木质素70份、山梨酸0.25份、蔗糖65份、丁基羟基茴香醚0.9份、2,6-二叔丁基对甲酚0.7份、异丙醇5份、浓盐酸9份、氢氧化钾18份、氢氧化钠17份、蒸馏水280份。
上述电容器元件复合材料的制备方法为：（1）将氧化石墨烯、木糖醇、木质素、蔗糖和200份蒸馏水混合，搅拌3.5小时；（2）装入水热反应釜中，加热到240℃保温12.5小时；（3）冷却至室温，过滤，以蒸馏水洗涤至中性；（4）放入烘箱中，在温度115℃下干燥23.5小时，得产物A；（5）将产物A、氢氧化钾、氢氧化钠和剩余蒸馏水混合搅拌；（6）将山梨酸、丁基羟基茴香醚、2,6-二叔丁基对甲酚和异丙醇混合搅拌15分钟；（7）将上述混合物混合，置于管式炉中烧结，烧结温度为810℃，升温速率为5℃/min，保温时间为80分钟；（8）冷却至室温，先后用浓盐酸和蒸馏水洗涤至中性；（9）放入烘箱中，在温度115℃下干燥23.5小时即得。
本发明电容器元件材料的部分性能指标见下表，我们可以看到本发明的比表面积在3120-3130m2/g之间，其比电容值非常高，最高可达210F/g，能量密度也高达49.7Wh/kg，较传统电容器高出许多，放电效率高，同时本材料表现出很好的可逆性，具有优异的循环使用稳定性。
表1电容器元件复合材料的性能指标
Claims (9)
1.一种电容器元件复合材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯2-5份、木糖醇10-20份、木质素50-80份、茶皂素1-2份、山梨酸0.1-0.3份、蔗糖50-70份、丁基羟基茴香醚0.5-1份、2,6-二叔丁基对甲酚0.4-0.8份、硬脂酸正丁酯1-2份、异丙醇3-6份、浓盐酸5-10份、氢氧化钾10-20份、氢氧化钠10-20份、蒸馏水200-300份。
2.根据权利要求1所述的一种电容器元件复合材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：氧化石墨烯3-4份、木糖醇12-17份、木质素60-70份、茶皂素1.2-1.6份、山梨酸0.15-0.25份、蔗糖55-65份、丁基羟基茴香醚0.6-0.9份、2,6-二叔丁基对甲酚0.5-0.7份、硬脂酸正丁酯1.1-1.7份、异丙醇4-5份、浓盐酸6-9份、氢氧化钾12-18份、氢氧化钠12-17份、蒸馏水220-280份。
3.权利要求1至2任一项所述的一种电容器元件复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将氧化石墨烯、木糖醇、木质素、蔗糖和150-250份蒸馏水混合，搅拌3-4小时；
（2）装入水热反应釜中，加热到200-250℃保温12-13小时；
（3）冷却至室温，过滤，以蒸馏水洗涤至中性；
（4）放入烘箱中，在温度110-120℃下干燥22-24小时，得产物A；
（5）将产物A、氢氧化钾、氢氧化钠和剩余蒸馏水混合搅拌；
（6）将茶皂素、山梨酸、丁基羟基茴香醚、2,6-二叔丁基对甲酚、硬脂酸正丁酯和异丙醇混合搅拌10-20分钟；
（7）将上述混合物混合，置于管式炉中烧结，烧结温度为780-820℃，升温速率为5℃/min，保温时间为60-90分钟；
（8）冷却至室温，先后用浓盐酸和蒸馏水洗涤至中性；
（9）放入烘箱中，在温度110-120℃下干燥22-24小时即得。
4.根据权利要求3所述的一种电容器元件复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中搅拌时间3.5小时。
5.根据权利要求3所述的一种电容器元件复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中温度为210-240℃，保温时间为12.5小时。
6.根据权利要求3所述的一种电容器元件复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中温度为115℃，干燥时间为22.5-23.5小时。
7.根据权利要求3所述的一种电容器元件复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中搅拌时间为15分钟。
8.根据权利要求3所述的一种电容器元件复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中烧结温度为790-810℃，保温时间为70-80分钟。
9.根据权利要求3所述的一种电容器元件复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（9）中温度为115℃，干燥时间为22.5-23.5小时。
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