CN110015663A - 一种基于酚醛树脂的多孔碳材料的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于酚醛树脂的多孔碳材料的制备方法及应用。（1）称取15.0 g氢氧化钾和5.0 g酚醛树脂于研钵中，充分研磨并混合均匀。（2）将步骤（1）所得固体粉末置于镍舟中，然后将镍舟置于管式炉中部，在氮气气氛下进行活化处理。加热活化时，管式炉以5 oC/min加热速率升温至700 oC并恒温4小时，待反应结束自然冷却至室温。（3）将步骤（2）所得产物取出，用去离子水洗涤、过滤至滤液呈中性，之后于90 oC干燥12小时，即得基于酚醛树脂制备的多孔碳材料。本发明所述方法工艺简单、操作方便、容易实现，且所制得的多孔碳材料作为超级电容器电极材料时性能优异，具有潜在的产业化应用前景。

Description

一种基于酚醛树脂的多孔碳材料的制备方法及应用
技术领域
本发明属于超级电容器电极材料技术领域，特别是一种酚醛树脂基多孔碳材料的制备方法及应用。
背景技术
随着社会经济的发展，人们对能源的需求日益增加，促使众多科研工作者在能量储存设备的研究与开发领域开展了一系列工作。超级电容器作为一款介于普通电容器和电池之间的储能设备，具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长等特点，有望可以解决新能源的存储问题。
一种好的超级电容器电极用碳材料应该具备较高的导电性、比表面积和孔容、适宜的孔径分布等。其中，比表面积是影响电容性能的关键因素，而导电性则影响材料的倍率性能。一般来说，可以采用两种基本方法在碳材料中引入孔道以实现对孔径的可控调节，这两种方法分别为物理活化法和化学活化法。相比于物理活化法，化学活化法可以使材料获得更高的比表面积，但所得材料比表面积大小在一定程度上依赖于碳的前驱体材料。
因此，本发明提供了一种基于酚醛树脂的多孔碳材料的制备方法，成本低廉，制备简单，所制得的酚醛树脂基多孔碳材料具有较高的比容量且此材料在空气中十分稳定，可以广泛应用于工业生产。
发明内容
本发明的目的是为了充分利用价格低廉的酚醛树脂，制备高价值的电极材料，扩大其作为电极材料在超级电容器的应用范围，提供一种多孔碳电极材料的制备方法。
具体步骤为：
（1）称取15.0 g氢氧化钾和5.0 g酚醛树脂于研钵中，充分研磨并混合均匀。
（2）将步骤（1）所得固体粉末置于镍舟中，然后将镍舟置于管式炉中部，在氮气气氛下进行活化处理。加热活化时，管式炉以5 oC/min加热速率升温至700 oC并恒温4小时，待反应结束自然冷却至室温。
（3）将步骤（2）所得产物取出，用去离子水洗涤、过滤至滤液呈中性，之后于90 oC干燥12小时，即得基于酚醛树脂制备的多孔碳材料。
（4）将步骤（3）所制得的多孔碳材料:聚偏二氟乙烯:炭黑按照质量比为85:5:10进行混合，然后加入2~4mL分析纯N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂，研磨均匀后涂于泡沫镍上，保持涂抹面积为1.0 cm2，干燥后于10 MPa压力下压片，即得到酚醛树脂基多孔碳材料工作电极。
所制得的酚醛树脂基多孔碳材料能够作为超级电容器的电极材料应用。
本发明的制备方法工艺简单、操作方便、容易实现，使用该方法制备的多孔碳具有很好的电容性能。
附图说明
图1为本发明实施例和对比例所制得酚醛树脂基多孔碳材料的比电容随电流密度的变化关系图。
具体实施方式
实施例：
（1）称取15.0 g氢氧化钾5.0 和g酚醛树脂于研钵中，充分研磨并混合均匀。
（2）将步骤（1）所得固体粉末置于镍舟中，然后将镍舟置于管式炉中部，在氮气气氛下进行活化处理。加热活化时，管式炉以5 oC/min加热速率升温至700 oC并恒温4小时，待反应结束自然冷却至室温。
（3）将步骤（2）所得产物取出，用去离子水洗涤、过滤至滤液呈中性，之后于90 oC干燥12小时，即得基于酚醛树脂制备的多孔碳材料，记为样品1。
（4）将（3）中所制得的多孔碳材料:聚偏二氟乙烯:炭黑按照质量比为85:5:10进行混合，然后加入2mL 分析纯N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂，研磨均匀后涂于泡沫镍上，保持涂抹面积为1.0 cm2，干燥后于10 MPa压力下压片，即得到样品1的工作电极。
（5）将（4）制得的工作电极置于2.0 mol/L的KOH电解液中，常温下在CHI660E电化学工作站上进行电化学性能测试。
对比例：
（1）称取5.0 g氢氧化钾、5.0 g酚醛树脂于研钵中，充分研磨并混合均匀。
（2）将步骤（1）所得固体粉末置于镍舟中，然后将镍舟置于管式炉中部，在氮气气氛下进行活化处理。加热活化时，管式炉以5 oC/min加热速率升温至700 oC并恒温4小时，待反应结束自然冷却至室温。
（3）将步骤（2）所得产物取出，用去离子水洗涤、过滤至滤液呈中性，之后于90 oC干燥12小时，即得基于酚醛树脂制备的多孔碳材料，记为样品2。
（4）将（3）中所制得的多孔碳材料:聚偏二氟乙烯:炭黑按照质量比为85:5:10进行混合，然后加入2mL 分析纯N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂，研磨均匀后涂于泡沫镍上，保持涂抹面积为1.0 cm2，干燥后于10 MPa压力下压片，即得到样品2的工作电极。
（5）将（4）制得的工作电极置于2.0 mol/L的KOH电解液中，常温下在CHI660E电化学工作站上进行电化学性能测试。
电化学测试结果表明，酚醛树脂基多孔碳材料具有较好的电容性能。样品在不同电流密度下的比电容值如图1所示，当氢氧化钾:酚醛树脂的质量比为3:1时所得多孔碳材料的比电容值较高。

Claims (2)

1.一种基于酚醛树脂的多孔碳材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）称取15.0 g氢氧化钾和5.0 g酚醛树脂于研钵中，充分研磨并混合均匀；
（2）将步骤（1）所得固体粉末置于镍舟中，然后将镍舟置于管式炉中部，在氮气气氛下进行活化处理；加热活化时，管式炉以5 oC/min加热速率升温至700 oC并恒温4小时，待反应结束自然冷却至室温；
（3）将步骤（2）所得产物取出，用去离子水洗涤、过滤至滤液呈中性，之后于90 oC干燥12小时，即得基于酚醛树脂制备的多孔碳材料。
2.根据权利要求1所述制备方法制备的多孔碳材料的应用，其特征在于该多孔碳能够用作超级电容器的电极材料。
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