CN115083793A - 一种超级电容器电极材料及其制备方法 - Google Patents

一种超级电容器电极材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115083793A
CN115083793A CN202210963372.9A CN202210963372A CN115083793A CN 115083793 A CN115083793 A CN 115083793A CN 202210963372 A CN202210963372 A CN 202210963372A CN 115083793 A CN115083793 A CN 115083793A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode material
preparation
following
steps
porous polymer
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.)
Granted
Application number
CN202210963372.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115083793B (zh
Inventor
唐政
李卫东
张俊峰
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.)
Tig Technology Co ltd
Original Assignee
Tig Technology Co ltd
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 Tig Technology Co ltd filed Critical Tig Technology Co ltd
Priority to CN202210963372.9A priority Critical patent/CN115083793B/zh
Publication of CN115083793A publication Critical patent/CN115083793A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115083793B publication Critical patent/CN115083793B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/44—Raw materials therefor, e.g. resins or coal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超级电容器电极材料及其制备方法，电极材料的制备包括以下步骤：第一步：在氮气氛围中，2，4，6‑三(4‑溴苯基)‑1，3，5‑三嗪和噻吩‑2，5‑二硼酸二频哪醇酯在碱性条件和催化剂作用下反应聚合，产物经抽滤、洗涤、真空干燥后即得到多孔聚合物；第二步：碳化：将第一步制备的多孔聚合物放入瓷舟中，然后转移到充满氮气的管式炉中，升温至800‑1000℃，保温1‑1.5h，冷却到室温后即得到超级电容器电极材料；测得电极材料的比表面积为1248m2/g，应用于超级电容器，在1.0A/g的电流密度下，采用的电解质溶液为6M氢氧化钾溶液，测得比电容为357.0F/g；并且超级电容器电极材料在6M氢氧化钾溶液中循环10000多圈后，电容保持率为97.3%，具有优异的电化学性能。

Description

一种超级电容器电极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及超级电容器，特别是一种超级电容器电极材料及其制备方法。
背景技术
超级电容器是介于电池与传统电容器之间的一种具有特殊性能的能量转换装置，与传统电容器相比，其能量密度具有更高的数量级，而与电池相比，其功率密度及循环寿命等性能方面更具优势；超级电容器一般是由电极材料、电解液、集流体和隔膜组成；由于实现能量存储过程中的电荷分离与转移是发生在电极材料与电解液接触面上，所以，电极材料对超级电容器的电化学性能起着非常重要的作用。
多孔有机聚合物是一类通过强共价键连接的高交联聚合物。多孔有机聚合物成为很有前景的应用材料之一是由于以下这些优点：（1）高比表面积和孔隙率；（2）优越的化学稳定性；（3）结构的可调性。（4）低密度。（5）不含金属的特性。与 MOFs不同，多孔有机聚合物的构建不需要金属离子的参与，从而避免了金属离子释放和二次污染的可能性。
多孔碳材料作为双电层超级电容器的电极材料，因其具有良好的电导率而备受关注。但由于碳材料的比电容较低，因此极大的限制了实际应用价值。本发明制备了一种基于富氮和富硫的多孔有机聚合物结构的多孔碳材料，首先制备一种多孔有机聚合物，将其作为前驱体经高温碳化后得到多孔碳材料，可直接作为超级电容器电极材料，并展现出优异的电化学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超级电容器电极材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种超级电容器电极材料，该电极材料为多孔聚合物的碳化材料，所述的多孔聚合物包括三嗪环和噻吩环（聚合物骨架中的氮、硫掺杂改变了附近碳原子的电荷分布，增加了材料的润湿性，扩展的π共轭骨架具有电子传导性，有利于提高电化学性能）；多孔聚合物的结构式如下：
Figure 494427DEST_PATH_IMAGE001
。
一种超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步：在氮气氛围中，2，4，6-三(4-溴苯基)-1，3，5-三嗪和噻吩-2，5-二硼酸二频哪醇酯在碱性条件和催化剂作用下反应聚合，产物经抽滤、洗涤、真空干燥后即得到多孔聚合物；
第二步：碳化：将第一步制备的多孔聚合物放入瓷舟中，然后转移到充满氮气的管式炉中，升温至800-1000℃，保温1-1.5h，冷却到室温后即得到超级电容器电极材料。
进一步，第一步中，2，4，6-三(4-溴苯基)-1，3，5-三嗪添加量为0.55g-0.65g，噻吩-2，5-二硼酸二频哪醇酯添加量为0.45g-0.55g。
进一步，第一步中，所述的碱为碳酸铯，碳酸铯添加量为0.15-0.2g。
进一步，第一步中，所述的催化剂为pd(PPh3)4，催化剂的加入量为50-60mg。
进一步，第一步中，所述的洗涤具体步骤为：将抽滤后的固体依次采用100-200ml纯化水、100-200ml无水乙醚、50-100ml二氯甲烷洗涤。
进一步，第一步中，所述的真空干燥温度为55-60℃，干燥时间为10-12h。
进一步，第二步中，所述的升温速率为5-8℃/min。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种超级电容器电极材料，首先采用2，4，6-三(4-溴苯基)-1，3，5-三嗪和0.45g-0.55g噻吩-2，5-二硼酸二频哪醇酯在碱性条件和催化剂作用下反应聚合，制备得到了多孔聚合物，接着将其作为前驱体经高温碳化后得到多孔碳材料，测得电极材料的比表面积为1248m2/g，应用于超级电容器，在1.0A/g的电流密度下，采用的电解质溶液为6M氢氧化钾溶液，测得比电容为357.0F/g；并且超级电容器电极材料在6M氢氧化钾溶液中循环10000多圈后，电容保持率为97.3%，具有优异的电化学性能。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明多孔聚合物的红外图谱；
图2为电极材料的电镜扫描图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
多孔聚合物的制备，包括以下步骤：
在烧瓶中加入100ml溶剂DMF，称量0.60g 2，4，6-三(4-溴苯基)-1，3，5-三嗪和0.50g噻吩-2，5-二硼酸二频哪醇酯加入到烧瓶中，抽真空除去烧瓶中的空气，通入氮气10min使烧瓶中充满氮气，接着加入0.15g碳酸铯和50mg催化剂pd(PPh3)4，再次通入氮气10min使烧瓶中充满氮气，接着将烧瓶放置到油浴锅中，边搅拌边升温至125℃，保温搅拌反应2天时间，反应结束后，关闭油浴加热，自然冷却到室温，抽滤反应体系，抽滤固体依次采用200ml纯化水、200ml无水乙醚、100ml二氯甲烷洗涤，最后采用真空干燥箱在55℃下进行干燥12h，即得到多孔聚合物；如图1所示为多孔聚合物的红外图谱，在1606cm-1和1410cm-1处为三嗪特征吸收峰，640cm-1处为噻吩特征吸收峰，即说明发生了聚合反应，生成了含有三嗪单元和噻吩单元的多孔聚合物。
Figure 208305DEST_PATH_IMAGE002
碳化：将制备的多孔聚合物放入瓷舟中，然后转移到充满氮气的管式炉中，并以6℃/min的速率升温至800℃，保温1.5h，冷却到室温后即得到超级电容器电极材料，如图2所示为超级电容器电极材料在10nm下的电镜扫描图，得到的超级电容器电极材料为3-12um的球堆积而成三维交织多孔碳材料；使用精微高博比表面分析仪测试其比表面积，测得电极材料的比表面积为1248m2/g。高比表面积电极材料以及相互连接的微孔和介孔可使这些材料更好地与电解质接触，为离子传输和扩散提供了丰富的通道；电极材料的比表面积可以通过提供大量的离子存储活性位点从而提高比电容，使其非常适合作为电极材料应用于超级电容器领域。
超级电容器电极材料的电性能测试
采用恒流充放电测试制备的电极材料在1.0A/g的电流密度下，采用的电解质溶液为6M氢氧化钾溶液，测得比电容为357.0F/g；并且超级电容器电极材料在6M氢氧化钾溶液中循环10000多圈后，电容保持率为97.3%，显示出了超高的稳定性，非常适用于构建高性能超级电容器电极，具有很高的应用价值，非常适合用于环境储能领域。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超级电容器电极材料，其特征在于：该电极材料为多孔聚合物的碳化材料，所述的多孔聚合物包括三嗪环和噻吩环；多孔聚合物的结构式如下：
Figure 137310DEST_PATH_IMAGE001
。
2.一种超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：在氮气氛围中，2，4，6-三(4-溴苯基)-1，3，5-三嗪和噻吩-2，5-二硼酸二频哪醇酯在碱性条件和催化剂作用下反应聚合，产物经抽滤、洗涤、真空干燥后即得到多孔聚合物；
第二步：碳化：将第一步制备的多孔聚合物放入瓷舟中，然后转移到充满氮气的管式炉中，升温至800-1000℃，保温1-1.5h，冷却到室温后即得到超级电容器电极材料。
3.根据权利要求2所述的一种超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：第一步中，2，4，6-三(4-溴苯基)-1，3，5-三嗪添加量为0.55g-0.65g，噻吩-2，5-二硼酸二频哪醇酯添加量为0.45g-0.55g。
4.根据权利要求2所述的一种超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：第一步中，所述的碱为碳酸铯，碳酸铯添加量为0.15-0.2g。
5.根据权利要求2所述的一种超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：第一步中，所述的催化剂为pd(PPh3)4，催化剂的加入量为50-60mg。
6.根据权利要求2所述的一种超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：第一步中，所述的洗涤具体步骤为：将抽滤后的固体依次采用100-200ml纯化水、100-200ml无水乙醚、50-100ml二氯甲烷洗涤。
7.根据权利要求2所述的一种超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：第一步中，所述的真空干燥温度为55-60℃，干燥时间为10-12h。
8.根据权利要求2所述的一种超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：第二步中，所述的升温速率为5-8℃/min。
CN202210963372.9A 2022-08-11 2022-08-11 一种超级电容器电极材料及其制备方法 Active CN115083793B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210963372.9A CN115083793B (zh) 2022-08-11 2022-08-11 一种超级电容器电极材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210963372.9A CN115083793B (zh) 2022-08-11 2022-08-11 一种超级电容器电极材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115083793A true CN115083793A (zh) 2022-09-20
CN115083793B CN115083793B (zh) 2022-11-29

Family

ID=83244329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210963372.9A Active CN115083793B (zh) 2022-08-11 2022-08-11 一种超级电容器电极材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115083793B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117133866A (zh) * 2023-10-27 2023-11-28 江苏传艺钠电科技有限公司 一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009038020A (ja) * 2007-07-11 2009-02-19 Toyo Ink Mfg Co Ltd 電池用組成物
CN106573912A (zh) * 2014-07-01 2017-04-19 东曹株式会社 三嗪化合物、其制造方法、及其用途
US20170183512A1 (en) * 2012-10-28 2017-06-29 Polym Technology Corporation Composition and method for forming electroactive polymer solution or coating comprising conjugated heteroaromatic polymer, electroactive polymer solution, objects comprising the electroactive coating, and solid electrolytic capacitor and method for fabricating the same
CN111681883A (zh) * 2020-07-08 2020-09-18 刘栋 一种n,s共掺杂多孔碳的超级电容器电极材料及其制法
WO2021245559A1 (en) * 2020-06-01 2021-12-09 King Abdullah University Of Science And Technology Conductive two-dimensional (2d) covalent organic frameworks (cofs) and method of making an electrode material
US20220010055A1 (en) * 2020-02-19 2022-01-13 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York High performance organic pseudocapacitors
CN114709083A (zh) * 2022-05-25 2022-07-05 深圳市今朝时代股份有限公司 一种改性石墨烯复合材料及超级电容器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009038020A (ja) * 2007-07-11 2009-02-19 Toyo Ink Mfg Co Ltd 電池用組成物
US20170183512A1 (en) * 2012-10-28 2017-06-29 Polym Technology Corporation Composition and method for forming electroactive polymer solution or coating comprising conjugated heteroaromatic polymer, electroactive polymer solution, objects comprising the electroactive coating, and solid electrolytic capacitor and method for fabricating the same
CN106573912A (zh) * 2014-07-01 2017-04-19 东曹株式会社 三嗪化合物、其制造方法、及其用途
US20220010055A1 (en) * 2020-02-19 2022-01-13 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York High performance organic pseudocapacitors
WO2021245559A1 (en) * 2020-06-01 2021-12-09 King Abdullah University Of Science And Technology Conductive two-dimensional (2d) covalent organic frameworks (cofs) and method of making an electrode material
CN111681883A (zh) * 2020-07-08 2020-09-18 刘栋 一种n,s共掺杂多孔碳的超级电容器电极材料及其制法
CN114709083A (zh) * 2022-05-25 2022-07-05 深圳市今朝时代股份有限公司 一种改性石墨烯复合材料及超级电容器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117133866A (zh) * 2023-10-27 2023-11-28 江苏传艺钠电科技有限公司 一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池
CN117133866B (zh) * 2023-10-27 2024-01-26 江苏传艺钠电科技有限公司 一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN115083793B (zh) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109637831B (zh) 一种超级电容器用氮磷共掺杂多孔碳片的制备方法
CN108565464B (zh) 一种载硫mof@导电聚合物材料及其制备方法和应用
CN107804833B (zh) 一种三维网状氮磷硫共掺杂多孔碳材料及制备方法与用途
CN114349921B (zh) 一种富含两性离子的共价有机框架材料及其制备方法与应用
CN112357900B (zh) 一种高密度氮氧氯共掺杂碳颗粒材料、以及制备方法与应用
CN115083793B (zh) 一种超级电容器电极材料及其制备方法
CN114256560A (zh) 一种纤维素无机复合膜、耐高温电池隔膜及其制备方法与应用
CN111977656B (zh) 3D多孔类神经元结构的MXene/氮掺杂碳泡沫复合材料及其制备方法
CN111430153B (zh) 一种用于全固态超级电容器的碳纳米气凝胶材料及其制备方法与应用
CN114751395B (zh) 一种氮掺杂多孔碳球/s复合材料及其制备方法和在锂硫电池中的应用
CN112194173B (zh) 一种硫化锡/氮掺杂花状炭锂离子电池负极材料的制备方法及其产品
KR102495330B1 (ko) 질소 및 불소가 공동 도핑된 슈퍼커패시터용 전극활물질 제조 방법과, 이를 이용한 고출력 슈퍼커패시터 및 그 제조 방법
CN108923033A (zh) 一种基于相转移法的锂硫电池多孔碳正极材料的制备方法
CN112863888B (zh) 铝离子水系超级电容器制备方法及其制品
CN114057180A (zh) 一种碳量子点改性ptcda基炭材料的制备方法及其应用
CN115708180A (zh) 氮、硫掺杂纳米碳材料及其制备方法、电容器电极材料、电容器电极及其制备方法和电容器
CN110544767A (zh) 一种碳包覆三钛酸钠复合材料及其制备方法和应用
KR101936044B1 (ko) 고온 슈퍼커패시터용 전극, 그 제조방법 및 상기 고온 슈퍼커패시터용 전극을 적용한 고온 슈퍼커패시터
CN116313540B (zh) 一种电容器用电极材料及其制备方法
CN115911753B (zh) 以聚苯硫醚为基底的复合型锂硫电池隔膜材料的制备方法
KR102540653B1 (ko) 정수압 가압을 이용한 고출력 슈퍼커패시터용 전극활물질 제조 방법과, 이를 이용한 고출력 슈퍼커패시터 및 그 제조 방법
KR102172610B1 (ko) 슈퍼커패시터용 전극활물질의 제조방법, 상기 전극활물질을 이용한 고출력 슈퍼커패시터용 전극의 제조방법 및 고출력 슈퍼커패시터
CN114335476B (zh) 一种负极材料的制备方法及其应用
CN117476902B (zh) 一种超低温高循环稳定性的硅基负极材料及其锂离子电池
AU2021101671A4 (en) The Preparation Method For A Positive Electrode-Interlayer Integrated Membrane Material Applied To Lithium-Sulfur Batteries And Its Application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant