本發(fā)明涉及一種新型碳材料，特別是一種提高碳電容性能的方法。

背景技術(shù)：

超級(jí)電容器，又稱電化學(xué)電容器，是一種介于常規(guī)電容器與二次電池之間的新型儲(chǔ)能器件。在保留傳統(tǒng)電容器超長(zhǎng)循環(huán)特性的基礎(chǔ)上，大幅度提高了其比容量同時(shí)更彌補(bǔ)了電池功率特性差的缺點(diǎn)，為電能替代化石燃料作為大功率設(shè)備的能源起到了不可替代的作用。開發(fā)成本低、電化學(xué)儲(chǔ)能性能良好、環(huán)境友好的電極材料對(duì)于超級(jí)電容器的商品化具有重要意義，例如電動(dòng)汽車，噴氣飛機(jī)的安全門，脈沖激光，起重機(jī)及消費(fèi)電子等。

碳化物衍生碳(carbide-derivedcarbon，簡(jiǎn)稱cdc)是近年來(lái)備受關(guān)注的一種新型碳材料。它是以碳化物的晶格為模板，通過(guò)逐層蝕刻金屬原子，從分子水平上來(lái)控制其制備過(guò)程的多孔碳材料。在碳化物衍生碳形成過(guò)程中，碳化物中的金屬原子通過(guò)與反應(yīng)氣體如氯原子結(jié)合形成金屬氯化物(高溫氣態(tài))而被去除掉，余下的碳原子之間相互成鍵從而形成新的“三維骨架狀”結(jié)構(gòu)，具有發(fā)達(dá)并且單一的孔結(jié)構(gòu)。該特點(diǎn)預(yù)示碳化物衍生碳在超級(jí)電容器領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，碳化物衍生碳比電容值偏低的問(wèn)題一直制約著其作為超級(jí)電容器電極材料的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種方法簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)易、成本低、在不會(huì)影響其它電化學(xué)指標(biāo)的前提下使其比電容值得到明顯的提升的在不會(huì)影響其他電化學(xué)指標(biāo)的前提下使其比電容值得到明顯的提升的提高碳化物衍生碳超級(jí)電容器性能的方法。本發(fā)明主要是采用由硝酸(hno3)和氫氟酸(hf)配置成的混酸溶液浸泡處理碳化物衍生碳來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的方法如下：

按摩爾比例的比例配置好硝酸和氫氟酸混酸溶液，將碳化物衍生碳置于硝酸和氫氟酸混酸溶液中，充分浸沒(méi)后，在超聲振蕩儀中震蕩1h，充分趕走殘留于孔隙之中的空氣，使其與混酸溶液完全接觸；在常溫環(huán)境25～40℃下浸泡48～264小時(shí)；待浸泡過(guò)程結(jié)束，將其至于去離子水中，洗滌直至液體呈中性；之后將洗滌后的碳化物衍生碳置于干燥箱中，在80℃下烘干，即完成對(duì)碳化物衍生碳材料的處理。

所述碳化物衍生碳為不同溫度鹵化制得的碳化物衍生碳或者再經(jīng)koh活化處理的碳化物衍生碳。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、制備方法簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)易、成本低，并且選用的試劑可循環(huán)利用。

2、經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理后的碳化物衍生碳，在明顯提高比電容值的前提下，仍能保持良好的雙電層特性、功率特性以及循環(huán)穩(wěn)定性，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級(jí)電容性能，經(jīng)過(guò)處理的碳化物衍生碳比未經(jīng)過(guò)處理的碳化物衍生碳比電容值提高了55-238％。

3、經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理后的碳化物衍生碳，不會(huì)產(chǎn)生明顯的質(zhì)量損失，提高了碳化物衍生碳的利用率，節(jié)約了成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)例1碳化物衍生碳浸泡處理前后在不同掃描速度下比電容變化對(duì)比圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)例1碳化物衍生碳浸泡處理后在5mv/s～500mv/s掃描速度下的循環(huán)伏安曲線。

圖3是本發(fā)明實(shí)例1碳化物衍生碳浸泡處理后在50mv/s掃描速度下的循環(huán)穩(wěn)定性圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)例1碳化物衍生碳處理浸泡前后的質(zhì)量變化百分比圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

以粒徑約為2μm的碳化鈦(tic)為反應(yīng)前軀體，采用高溫鹵化法，在800℃下與氯氣反應(yīng)1小時(shí)后獲得碳化鈦衍生碳(tic-cdc-800)，然后，將所制得的tic-cdc-800置于配制好的hno3和hf混酸溶液中，經(jīng)過(guò)1小時(shí)超聲震蕩后，將tic-cdc-800以及配制好的混酸溶液一起移入塑料試管內(nèi)并將試管口密封，之后，再將試管豎直置于30℃恒溫水浴鍋中，使盛有混合溶液及tic-cdc-800樣品的試管部分完全浸沒(méi)，靜置浸泡240小時(shí)后用去離子水將tic-cdc-800洗至中性，置于鼓風(fēng)干燥箱中在80℃下烘干，即完成對(duì)tic-cdc-800的處理。

對(duì)處理后的tic-cdc-800比容量的測(cè)量：采用常規(guī)的三電極體系，氧化汞電極為參比電極，金屬鉑為參比電極，經(jīng)過(guò)混酸處理的tic-cdc-800為工作電極，電解液為6mkoh溶液。測(cè)量結(jié)果如附圖1所示，可以看出：在5mv/s的掃描速度下，經(jīng)過(guò)處理的tic-cdc-800電極材料的循環(huán)伏安曲線保持了良好的矩形，在浸泡240小時(shí)的比電容值達(dá)到236f/g，與未浸泡的碳化鈦衍生碳的比電容值140f/g相比有了明顯的提高，并且保持了良好的循環(huán)特性。

在圖2所示的在不同掃描速度下處理前后的比電容變化情況，可以明顯看出經(jīng)過(guò)處理，tic-cdc-800的比電容值明顯提升，并且如圖3所示，在50mv/s掃描速度下循環(huán)穩(wěn)定性情況中在8000次的充放電過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)明顯的衰減，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級(jí)電容性能。

在圖4所示的經(jīng)過(guò)處理前后的質(zhì)量變化百分比變化情況，質(zhì)量損失僅為原始質(zhì)量的2％，與其它處理方法(koh活化，co2活化等物理化學(xué)處理)相比沒(méi)有出現(xiàn)明顯的質(zhì)量損失。

實(shí)施例2

以粒徑約為50nm的碳化鈦(tic)為反應(yīng)前軀體，采用高溫鹵化法，在600℃下與氯氣反應(yīng)1小時(shí)后獲得碳化鈦衍生碳(tic-cdc-600)。然后，將所制得的tic-cdc-600置于配制好的hno3和hf混酸溶液中，經(jīng)過(guò)1小時(shí)超聲震蕩后，將tic-cdc-600以及配制好的混酸溶液一起移入塑料試管內(nèi)并將試管口密封，之后，再將試管豎直置于25℃恒溫水浴鍋中，使盛有混合溶液及tic-cdc-600樣品的試管部分完全浸沒(méi)，靜置浸泡192小時(shí)后用去離子水將tic-cdc-600洗至中性，置于鼓風(fēng)干燥箱中在80℃下烘干，即完成對(duì)tic-cdc-600的處理。

按實(shí)施例1的方法測(cè)量，在5mv/s掃描速度下，經(jīng)過(guò)處理的tic-cdc-600電極材料的比電容值為281f/g，而未處理的碳化鈦衍生碳的比電容值為83f/g，經(jīng)過(guò)處理后的碳化鈦衍生碳的比電容值得到了明顯的提升，并且保持了良好的雙電層結(jié)構(gòu)，在500mv/s的高掃描速度下，處理的tic-cdc-600的比電容值仍能保持在168f/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級(jí)電容性能。同時(shí)質(zhì)量損失僅為原始質(zhì)量的4％。

實(shí)施例3

以粒徑約為60nm的碳化硅(sic)為反應(yīng)前軀體，采用高溫鹵化法，在800℃下與氯氣反應(yīng)1小時(shí)后獲得碳化硅衍生碳(sic-cdc-800)，然后，將所制得的sic-cdc-800，置于配制好的hno3和hf混酸溶液中，經(jīng)過(guò)1小時(shí)超聲震蕩后，將sic-cdc-800以及配制好的混酸溶液一起移入塑料試管內(nèi)并將試管口密封，之后，再將試管豎直置于30℃恒溫水浴鍋中，使盛有混合溶液及sic-cdc-800樣品的試管部分完全浸沒(méi)，靜置浸泡264小時(shí)后用去離子水將sic-cdc-800洗至中性，置于鼓風(fēng)干燥箱中在80℃下烘干，即完成對(duì)sic-cdc-800的處理。

按實(shí)施例1的方法測(cè)量，在5mv/s掃描速度下，其比電容值增至219f/g，而未處理的碳化硅衍生碳的比電容值為141f/g，經(jīng)處理的sic-cdc-800電極材料的比電容值得到明顯上升。并且保持了良好的雙電層結(jié)構(gòu)，在500mv/s的高掃描速度下經(jīng)過(guò)處理的sic-cdc-800的比電容值仍能保持在129f/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級(jí)電容性能。同時(shí)質(zhì)量損失保持在原始質(zhì)量的5％以內(nèi)。

實(shí)施例4

以粒徑約為60nm的碳化硅(sic)為反應(yīng)前軀體，采用高溫鹵化法，在800℃下與氯氣反應(yīng)1小時(shí)后獲得碳化硅衍生碳(sic-cdc)，之后，將制備出的sic-cdc與koh按質(zhì)量比1：3混合均勻在800℃活化反應(yīng)1小時(shí)，得到活化后的sic-cdc-k，然后，將所制得的sic-cdc-k置于配制好的hno3和hf混酸溶液中，經(jīng)過(guò)1小時(shí)超聲震蕩后，將sic-cdc-k以及配制好的混酸溶液一起移入塑料試管內(nèi)并將試管口密封，之后，再將試管豎直置于35℃恒溫水浴鍋中，使盛有混合溶液及sic-cdc-k樣品的試管部分完全浸沒(méi)，靜置浸泡48小時(shí)后用去離子水將sic-cdc-k洗至中性，置于鼓風(fēng)干燥箱中在80℃下烘干，即完成對(duì)sic-cdc-k的處理。

按實(shí)施例1的方法測(cè)量，在5mv/s掃描速度下，經(jīng)過(guò)處理的sic-cdc-k電極材料的比電容值升至256f/g，而未處理的sic-cdc-k的比電容為153f/g，經(jīng)過(guò)處理后的sic-cdc-k的比電容得到了明顯的提升。在500mv/s的高掃描速度下經(jīng)過(guò)處理的sic-cdc-k的比電容值仍能保持在156f/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級(jí)電容性能。同時(shí)質(zhì)量損失保持在原始質(zhì)量的6％以內(nèi)。

實(shí)施例5

以粒徑約為2μm的碳化鈮(nbc)為反應(yīng)前軀體，采用高溫鹵化法，在600℃下與氯氣反應(yīng)1小時(shí)后獲得碳化鈮衍生碳(nbc-cdc-600)，然后，將所制得的nbc-cdc-600置于配置好的hno3和hf混酸溶液中，經(jīng)過(guò)1小時(shí)超聲震蕩后，將nbc-cdc-600以及配制好的混酸溶液一起移入塑料試管內(nèi)并將試管口密封，之后，再將試管豎直置于30℃恒溫水浴鍋中，使盛有混合溶液及nbc-cdc-600樣品的試管部分完全浸沒(méi)，靜置浸泡264小時(shí)后用去離子水將nbc-cdc-600洗至中性，置于鼓風(fēng)干燥箱中在80℃下烘干，即完成對(duì)nbc-cdc-600的處理。

按實(shí)施例1的方法測(cè)量，在5mv/s掃描速度下，經(jīng)過(guò)處理的nbc-cdc-600電極材料的比電容值升至264f/g，而未處理的nbc-cdc-600的比電容值為156f/g，經(jīng)過(guò)處理后的nbc-cdc-600的比電容得到了明顯的提升。在500mv/s的高掃描速度下經(jīng)過(guò)處理的nbc-cdc-600的比電容值仍能保持在129f/g，表現(xiàn)出優(yōu)異的超級(jí)電容性能。同時(shí)質(zhì)量損失保持在原始質(zhì)量的5％以內(nèi)。