一种超级电容器用氮硫共掺多孔碳的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111484013A(43)申请公布日2020.08.04(21)申请号202010516018.2(22)申请日2020.06.09(71)申请人安徽工业大学地址243002安徽省马鞍山市湖东中路59号(72)发明人何孝军孙健魏风(74)专利代理机构安徽知问律师事务所34134代理人杜袁成(51)Int.Cl.C01B32/348(2017.01)C01B32/33(2017.01)C01B32/318(2017.01)H01G11/44(2013.01)H01G11/32(2013.01)H01G11/86(2013.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种超级电容器用氮硫共掺多孔碳的制备方法(57)摘要本发明公开了一种超级电容器用氮硫共掺多孔碳的制备方法，属于碳材料制备技术领域。该方法分别以硫脲和碳酸氢钾为自牺牲软模板和活化剂，硫酸钠为辅助活化剂和硫源，以煤沥青为碳源；将煤沥青、碳酸氢钾、硫脲、硫酸钠混合物研碎至黑色粉状，之后放置于水平管式炉内，并在氮气气氛下，加热制得氮硫共掺多孔碳。该多孔碳为超薄囊/片状结构；其比表面积介于1875～2244m2/g之间，总孔容介于1.23～1.65cm3/g之间。作为超级电容器电极材料，在6MKOH电解液中，在1A/g电流密度下，比容为278F/g；在40A/g电流密度下，比容为240F/g，显示了高的比容和好的倍率性能。CN111484013ACN111484013A权利要求书1/1页1.一种超级电容器用氮硫共掺多孔碳的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：(1)反应物的预处理：称取适量煤沥青、碳酸氢钾、硫脲、硫酸钠，转移至研钵中，研磨混合，得到反应物；其中，碳酸氢钾的质量占煤沥青、碳酸氢钾、硫脲三者混合物总质量的5/6，碳酸氢钾与煤沥青质量比为6/1，碳酸氢钾与硫酸钠质量比为24/5；(2)氮硫共掺多孔碳的制备：把步骤(1)得到的反应物倒入瓷舟中并转移至水平管式炉中央部位，在氮气气氛下，以5℃/min升温速率加热至150℃，保温0.5h；然后继续以相同速率加热至500℃，保温0.5h；之后继续以相同速率加热至终温750℃～850℃，保温1h；最后，自然降温至室温，将所得产物取出、研磨、过滤、干燥，得到氮硫共掺多孔碳。2.如权利要求1所述的一种超级电容器用氮硫共掺多孔碳的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，将管式炉加热至终温800℃。3.如权利要求1所述制备方法得到的氮硫共掺多孔碳，其特征在于，所述多孔碳为超薄囊/片状结构。2CN111484013A说明书1/4页一种超级电容器用氮硫共掺多孔碳的制备方法技术领域[0001]本发明属于碳材料制备技术领域，具体涉及一种超级电容器用氮硫共掺多孔碳的制备方法。背景技术[0002]近几十年来，超级电容器因其快速充放电、功率密度高和循环稳定性好等特点在储能市场上崭露头角，而这些优点主要取决于所用电极材料的性能。多孔碳高的比表面积、互连的多孔结构、高的导电性使其成为如今商用超级电容器的主要电极材料。现有技术中，多孔碳造孔途径主要有：物理活化法、化学活化法和模板耦合化学活化法。目前，氢氧化钾化学活化是获得高比表面积多孔碳的主要方法，然而，氢氧化钾的强腐蚀性和酸洗后处理等问题仍然是市场化的障碍之一，因此，寻求使用腐蚀性更低的绿色活化剂意义重大；模板又可分为硬模板和软模板，专利CN109243854B制备了一种多孔氮掺杂碳电极材料，造孔剂需使用20wt％的氢氟酸溶液进行刻蚀除去，污染环境，难以工业化生产，相比之下，自牺牲软模板易于除去，免酸洗，环境友好；此外，对碳材料进行形貌和孔结构调控的同时，利用杂原子(O、N、S等)掺杂也是提高比容的有效方法之一，因为杂原子的掺入可以调控碳材料的骨架、原子极化、导电性等性能。[0003]煤沥青是焦油分馏残渣，其中含有的多环芳烃可以通过一定的工艺使之聚合成类似石墨烯的二维薄片。碳酸氢钾是一种绿色活化剂，其碱性和腐蚀性相对氢氧化钾而言较低，活化后可用简单水洗除去从而避免酸洗，环境友好。此外，硫脲作为一种有机活性小分子，在加热过程中易分解形成硫代片状氮化碳，可用作自牺牲碳片导向模板和氮硫源。发明内容[0004]为克服现有技术的不足，本发明提供了一种以热塑性煤沥青为碳源、硫脲为自牺牲软模板和氮硫源、碳酸氢钾为活化剂、硫酸钠为辅助活化剂和硫源，直接制备超级电容器用氮硫共掺多孔碳的方法，以期工艺简单、绿色环保，制备的多孔碳作为超级电容器用电极材料，能展示高的比容和优异的倍率性能。[0005]该方法具体步骤如下：[0006](1)反应物的预处理：称取适量煤沥青、碳酸氢钾、硫脲、硫酸钠，转移至研钵中，研磨混合，得到反应物；其中，碳酸