專利名稱：一種準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容器，特別提供了一種高容量的準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器。
本發(fā)明提供了一種準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器，電極由準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料構(gòu)成，其特征在于所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料表面復(fù)合一層聚合物，聚合物單體選自含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素的單環(huán)芳香族，含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素單雜環(huán)的有機(jī)物。
本發(fā)明準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器中，所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料外徑為3～160nm。準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料是指直徑在100nm左右纖維狀結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料，主要包括單壁納米碳管、多壁納米碳管和納米碳纖維。本發(fā)明包括所有這些材料。
本發(fā)明還提供了準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器的制備方法，其特征在于所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料表面復(fù)合聚合物的反應(yīng)在鹽酸、硝酸、硫酸、高氯酸、醋酸、甲酸、苯甲酸的有機(jī)或無機(jī)酸溶液的反應(yīng)體系中進(jìn)行，引發(fā)劑為過硫酸鹽或可溶性鐵鹽，反應(yīng)溫度為室溫。
本發(fā)明準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器的制備方法中，所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料表面復(fù)合聚合物前進(jìn)行酸處理和熱處理；所用的酸為高錳酸鉀、硫酸和鹽酸；熱處理溫度300～900℃，氬氣保護(hù)，2～4小時(shí)。
本發(fā)明使用獨(dú)特的純化方法，準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料的電容量為20F/g左右。經(jīng)化學(xué)修飾后，在其它條件相同條件下，準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料比容量可達(dá)100～160F/g。經(jīng)修飾的準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料應(yīng)用于電雙層電容器電極時(shí)，提高了電容量和比功率。
稱取修飾后的準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料，與鎳片一起壓片成型。制作兩片，然后裝配成電容器。聚合物修飾準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料可用在電雙層電容，能提高其電雙層容量。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例均使用外徑為3～160nm的準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料，用高錳酸鉀和1～2mol/L的硫酸于120℃～200℃加熱5～10小時(shí)。去離子水洗滌、φ0.3～0.8μm濾膜過濾。重復(fù)洗滌過濾步驟，直至濾液用pH試紙檢測約為6.5～7.5，且加入硝酸鋇后濾液無混濁，說明硫酸根離子已被洗凈。用3～6mol/L鹽酸浸泡2～6小時(shí)。反復(fù)用去離子水洗滌、濾膜過濾，直至濾液用pH試紙檢測約為6.5～7.5，且0.1mol/L硝酸銀溶液滴入濾液后，無混濁現(xiàn)象。40～80℃真空干燥24～36小時(shí)。然后進(jìn)行熱處理，退火爐升溫速率為15～45分鐘，300～900℃氬氣保護(hù)2～4小時(shí)。取出樣品添加到0.05-0.5克單體的0.05～0.5mol/L無機(jī)酸或有機(jī)酸(鹽酸、硝酸、硫酸、高氯酸、醋酸、甲酸、苯甲酸)溶液中，超聲分散0.5-1.5小時(shí)，加入0.1～1.5克引發(fā)劑過硫酸鹽或可溶鐵鹽。室溫?cái)嚢?.5-2小時(shí)，用去離子水洗滌、濾膜過濾。直至溶液中所含的各種離子濃度低于10-5mol/L。40～100℃真空干燥6～12小時(shí)，得到經(jīng)化學(xué)修飾后的準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料。采用這種化學(xué)修飾后的準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料作為電化學(xué)電容器的電極，裝配成電容器單元，在電化學(xué)測試儀上進(jìn)行性能測試。
實(shí)施例1取用專利號為01138865.X的方法制得的，平均外徑約為110nm的納米碳纖維，用高錳酸鉀和硫酸處理。稱取30mg，加到濃度為0.2mol/L的25mL醋酸溶液中，再加入0.35克苯胺，超聲分散0.5小時(shí)。在室溫下攪拌0.5小時(shí)，加入0.5克過硫酸銨，繼續(xù)攪拌1.5小時(shí)。去離子水洗滌，濾膜過濾。40℃真空干燥10小時(shí)。稱取10mg修飾后的納米碳纖維，以泡沫鎳(370mg)為基體一起壓片成型。制作兩片這樣的鎳片，然后裝配成電容器。以6mol/L氫氧化鉀為電解液，用電化學(xué)測試儀采用恒流放電法進(jìn)行測量。充放電流為1mA，電壓范圍取0.02V～1V，電容量的計(jì)算值在最高電壓的50％～60％，測得其電容量為120F/g。
對比例1稱取10mg專利號為01138865.X的方法制得的，純化后的平均外徑約為110nm的納米碳纖維，以泡沫鎳(370mg)為基體一起壓片成型。制作兩片這樣的鎳片，然后裝配成電容器。以6mol/L氫氧化鉀為電解液，用電化學(xué)測試儀測得其電容量為9F/g。
實(shí)施例2取用專利號為01138865.X的方法制得的，平均外徑約為80nm的多壁納米碳管，用高錳酸鉀和硫酸處理。稱取15mg，加到濃度為0.05mol/L的30mL高氯酸(HClO4)溶液中，再加入0.29克苯胺，超聲波分散0.5小時(shí)。在室溫下攪拌1.5小時(shí)，加入0.4克的過硫酸鉀，繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)。去離子水洗滌，濾膜過濾。60℃真空干燥8小時(shí)。稱取20mg修飾后的多壁納米碳管，以泡沫鎳(370mg)為基體一起壓片成型。制作兩片這樣的鎳片，然后裝配成電容器。用電化學(xué)測試儀采用恒流放電法進(jìn)行測量。充放電流為5mA，電壓范圍取0.02V～1V，電容量的計(jì)算值在最高電壓的50％～60％，測得其電容量為128F/g。
對比例2稱取20mg專利號為01138865.X的方法制得的，純化后的平均外徑約為80nm的多壁納米碳管，以泡沫鎳(370mg)為基體一起壓片成型。制作兩片這樣的鎳片，然后裝配成電容器。以6mol/L氫氧化鉀為電解液，用電化學(xué)測試儀測得其電容量為12F/g。
實(shí)施例3取用專利號為97119825.X的方法制得的，平均外徑約為3nm的單壁納米碳管，用高錳酸鉀和硫酸處理。稱取25mg，加到濃度為0.1mol/L的50mL硝酸溶液中，再加入0.25克吡咯，超聲分散1.5小時(shí)。在室溫下攪拌1.5小時(shí)，加入0.8克三氯化鐵，繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)。去離子水洗滌，過濾。75℃真空干燥9小時(shí)。稱取30mg修飾后的單壁納米碳管，以泡沫鎳(370mg)為基體一起壓片成型。制作兩片這樣的鎳片，然后裝配成電容器。用電化學(xué)測試儀采用恒流放電法進(jìn)行測量。充放電流為3mA，電壓范圍取0.02V～1V，電容量的計(jì)算值在最高電壓的50％～60％，測定其電容量為160F/g。
對比例3稱取30mg專利號為97119825.X的方法制得的，純化后的平均外徑約為3nm的單壁納米碳管，以泡沫鎳(370mg)為基體一起壓片成型。制作兩片這樣的鎳片，然后裝配成電容器。以6mol/L氫氧化鉀為電解液，用電化學(xué)測試儀進(jìn)行測得其電容量為15F/g。
實(shí)施例4取用專利號為01138865.X的方法制得的，平均外徑約為50nm的多壁納米碳管，用高錳酸鉀和硫酸處理。稱取20mg，加到濃度為0.1mol/L的25mL鹽酸溶液中，再加入0.18克吡咯，超聲分散0.5小時(shí)。在室溫下攪拌1小時(shí)，加入0.37克過硫酸鈉，繼續(xù)攪拌1.5小時(shí)。去離子水洗滌，濾膜過濾。80℃真空干燥9小時(shí)。稱取5mg修飾后的多壁納米碳管，以泡沫鎳(370mg)為基體一起壓片成型。制作兩片這樣的鎳片，然后裝配成電容器。用電化學(xué)測試儀采用恒流放電法進(jìn)行測量。充放電流為10mA，電壓范圍取0.02V～1V，電容量的計(jì)算值在最高電壓的50％～60％，測定其電容量為138F/g。
對比例4
稱取5mg專利號為01138865.X的方法制得的，純化后的平均外徑約為50nm的多壁納米碳管，以泡沫鎳(370mg)為基體一起壓片成型。制作兩片這樣的鎳片，然后裝配成電容器。以6mol/L氫氧化鉀為電解液，用電化學(xué)測試儀進(jìn)行測得其電容量為13F/g。
實(shí)施例5取用專利號為01138865.X的方法制得的，平均外徑約為125nm的納米碳纖維，用高錳酸鉀和硫酸處理。稱取20mg，加到濃度為0.2mol/L的25mL鹽酸溶液中，再加入0.25克噻吩，超聲分散1.5小時(shí)。在室溫下攪拌1小時(shí)，加入0.44克過硫酸鈉，繼續(xù)攪拌1.5小時(shí)。去離子水洗滌，濾膜過濾。60℃真空干燥10小時(shí)。稱取7.5mg修飾后的納米碳纖維，以泡沫鎳(370mg)為基體一起壓片成型。制作兩片這樣的鎳片，然后裝配成電容器。用電化學(xué)測試儀采用恒流放電法進(jìn)行測量。充放電流為10mA，電壓范圍取0.02V～1V，電容量的計(jì)算值在最高電壓的50％～60％，測定其電容量為102F/g。
對比例5稱取7.5mg專利號為01138865.X的方法制得的，純化后的平均外徑約為125nm的納米碳纖維，以泡沫鎳(370mg)為基體一起壓片成型。制作兩片這樣的鎳片，然后裝配成電容器。以6mol/L氫氧化鉀為電解液，用電化學(xué)測試儀進(jìn)行測得其電容量為5F/g。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器，電極含有準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料，其特征在于所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料表面復(fù)合一層聚合物，聚合物單體選自含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素的單環(huán)芳香族，含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素單雜環(huán)的有機(jī)物。
2.按權(quán)利要求1所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器，其特征在于所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料外徑為3～160nm。
3.按權(quán)利要求1所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器，其特征在于所述電極由準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料與鎳片復(fù)合而成。
4.一種權(quán)利要求1所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器的制備方法，其特征在于所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料表面復(fù)合聚合物的反應(yīng)在鹽酸、硝酸、硫酸、高氯酸、醋酸、甲酸、苯甲酸的有機(jī)或無機(jī)酸溶液的反應(yīng)體系中進(jìn)行，引發(fā)劑為過硫酸鹽或可溶性鐵鹽，反應(yīng)溫度為室溫。
5.按權(quán)利要求4所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器的制備方法，其特征在于所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料表面復(fù)合聚合物前進(jìn)行酸處理和熱處理；所用的酸為高錳酸鉀、硫酸和鹽酸；熱處理溫度300～900℃，氬氣保護(hù)，2～4小時(shí)。
全文摘要
一種準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料電雙層電容器，電極含有準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料，其特征在于所述準(zhǔn)一維納米碳質(zhì)材料表面復(fù)合一層聚合物，聚合物單體選自含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素的單環(huán)芳香族，含第五主族(VA)、第六主族(VIA)元素單雜環(huán)的有機(jī)物。本發(fā)明電雙層電容器容量得到顯著提高。
文檔編號H01G9/155GK1462048SQ0210974
公開日2003年12月17日 申請日期2002年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月28日
發(fā)明者成會(huì)明, 李莉香, 劉辰光, 李峰, 英哲 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所