Star II 3020型比表面积和孔径分布仪对实施例3所制备的多孔活性炭材料进行测试，其结果如图4c所示。所制备的多孔活性炭材料的孔径主要在介孔范围，微孔和大孔也都有分布。比表面积为1194m2/g，其中介孔面积为608m2/g，其余面积由微孔和大孔面积组成，平均孔径为2.5nm.
[0086]步骤(9)同实施例1。
[0087](10)按计量秤取氯化铜、将其溶解在去离子水中配成4.0mol/L的溶液A，按计量秤取氯化铵、将其溶解在去离子水中配成2.0mol/L的溶液B。将溶液A与溶液B按摩尔数比为2:1进行混合，即配制出铜离子氧化还原电解液。
[0088]步骤(11)和(12)步骤同实施例1。
[0089](13)对多孔活性炭/铜离子超级电容器进行电化学性能测试:采用上海辰华公司生产的CHI660A电化学工作站、深圳市新威尔电子有限公司生产的BTS-3000电池测试仪，在室温、电位窗口为O?0.9V下，对所构造的超级电器进行交流阻抗、能量密度与功率密度性能等测试。由阻抗图8可知，所制备超级电容器具有低的等效系列电阻匕=1.05 Ω和电荷传输电阻Rct = 0.75 Ω ;由能量密度和功率密度图1Oc可知，所制备超级电容器具有高的能量密度和功率密度。在功率密度为980.9W/kg时，能量密度达38.7ff h/kg。
【主权项】
1.一种多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法，其特征在于，包括多孔活性炭电极的制备、铜离子氧化还原电解液的制备及多孔活性炭/铜离子超级电容器的组装； 所述多孔活性炭电极由集流体和涂布集流体上的混合物材料构成，所述混合物电极材料包括如下质量百分比的组分:多孔活性炭75?95 %、导电剂2?10%和粘结剂I?10 %，其制备为:首先将粘结剂溶于N-甲基吡咯烷酮中，配成0.02?lg/ml的溶液，再将多孔活性炭、导电剂按上述计量比加入到粘结剂溶液中，搅拌均匀至膏状，然后涂覆在集流体上，再将其在80?130°C的真空干燥箱中烘干8?24h，然后经辊压后裁成电极片，即得到超级电容器多孔活性炭电极； 所述铜离子氧化还原电解液的制备为:将含铜物质配成浓度为0.1?7.0mol/L的溶液A，将非含铜物质配成浓度为0.1?6.0mol/L的溶液B，将溶液A与溶液B按0.5?6:1的物质的量之比进行混合，即得到铜离子氧化还原电解液。2.根据权利要求1所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的多孔活性炭，其制备方法包括如下步骤: (1)水热碳焦的制备:采用食用植物果实加工后的残渣为原料，先进行预处理，在预处理后的原料中加入蒸馏水配成液/固比为0.5?15的混合物，并将此混合物转移到内胆为聚四氟乙烯的高压水热反应釜中，其体积填充率为0.2?0.9，在温度为150?300°C下水热处理2?36h之后冷却到室温，将水热产物洗涤与抽滤至中性，然后在80?120 °C温度下真空干燥至恒重，即得到水热碳焦； (2)将碱金属的碳酸盐或酸式碳酸盐配成浓度为0.2?6.0mol/L的溶液，再将步骤(I)所得水热碳焦按与碱金属的碳酸盐或酸式碳酸盐0.5?5.0的质量比加入其中，然后在室温下混合搅拌I?20h，再将其中的水分蒸干至恒重，得到掺和了碱金属的碳酸盐或酸式碳酸盐活化剂的水热碳焦混合物； (3)将步骤(2)所得混合物置于高温炉中，在500?1300°C的恒温气氛中进行0.5?1h的碳化与活化处理后随炉冷却到室温，取出样品后分别采用0.01?2.0mol/L的盐酸和蒸馏水将样品洗涤抽滤至中性，最后将其在温度为80?120 0C的真空干燥箱中干燥至恒重，制备出碱金属碳酸盐或酸式碳酸盐活化的第一段活性炭材料； (4)将步骤(3)所得的第一段活性炭材料置于高温炉中，在200?500°C的恒温气氛中进行0.3?6h的第二段活化处理后随炉冷却到室温，得到多孔活性炭材料。3.根据权利要求2所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的预处理包括如下步骤: (1)采用食用植物果实加工后的残渣为原料，在80?120°C下干燥5?24h后用打粉机粉碎，再进行80?200目的筛分，获得筛下物； (2)将筛下物用0.05?5.0mol/L浓度的酸、液/固比为0.5?10、温度为20?60°C、搅拌时间为0.5?1h对原料进行酸处理，再用去离子水洗涤抽滤至pH值为中性，将处理后的样品放入温度为80?120 °C的真空干燥箱中干燥至恒重；或者将筛下物用浓度为0.02?5.0mol/L的碱、液/固比为0.5?10、温度为20?60°C、搅拌时间为I?12h对原料进行碱处理，再用去离子水洗涤抽滤至pH值为中性，将处理后的样品放入温度为80?120°C的真空干燥箱中干燥至恒重。4.根据权利要求1至3任一项所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器的组装为:将已制备的多孔活性炭电极/隔膜/多孔活性炭电极依次放入特制的电池模具中构造成二电极的三明治结构，滴加铜离子氧化还原电解液后将电池模具紧固密封，即组装成多孔活性炭/铜离子超级电容器。5.根据权利要求1至3任一项所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的导电剂为导电炭黑、石墨中的一种或两种;所述的粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠或丁苯橡胶中的一种或两种以上;所述的集流体为泡沫镍、镍箔或镍网、不锈钢网、不锈钢冲孔钢带或不锈钢箔、钛箔或钛网、铅箔或铅布、石墨化碳布或石墨烯布材料中的一种或两种以上。6.根据权利要求1至3任一项所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的含铜物质为硫酸铜、硝酸铜、醋酸铜、柠檬酸铜、氯化铜、磷酸铜、焦磷酸铜中的一种或两种以上。7.根据权利要求1至3任一项所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的非含铜物质为硫酸铵、硝酸铵、氯化铵、磷酸铵、醋酸铵、EDTA钠盐、焦磷酸盐、碱金属柠檬酸盐中的一种或两种以上。8.根据权利要求4所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的隔膜为玻璃纤维纸、尼龙布、聚乙烯醇膜或石棉纸中的一种。9.根据权利要求2或3所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法，其特征在于，所述的食用植物果实加工后的残渣为豆腐渣、红薯粉渣、芝麻油渣、花生油渣、菜籽油渣、豆油渣、玉米油渣、葵花籽油渣中的一种或两种以上。10.根据权利要求2或3所述的多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的气氛是指氮气、氩气、二氧化碳气中的一种或两种以上的混合物，其中单一气体的纯度大于等于99.9% ,混合气体的流量为5?500ml/min ；所述步骤(4)的气氛是是指氮气、氩气、二氧化碳气、氧气、氨气中的二种或以上的气体混合物，气体混合物中至少一种为氧气或氨气，氧气或氨气在混合气体中的体积百分数为0.5?23% ;单一气体的纯度大于等于99.9%，混合气体的流量为5?500ml/min。
【专利摘要】本发明公开了一种多孔活性炭/铜离子超级电容器的制备方法。本发明采用食用植物果实加工后的残渣为碳源，通过水热处理、碳化以及二段活化技术制备多孔活性炭超级电容器电极材料；在铜离子水溶液中引入非含铜物质构成超级电容器的氧化还原电解液；本发明的超级电容由多孔活性炭提供双电层电容、铜离子的可逆氧化还原反应提供法拉第电容，实现二者电容量的协同叠加。所构造的多孔活性炭/铜离子超级电容器在电流密度为1A/g时的比电容达到492F/g、电流密度为20A/g时的比电容达到285F/g，具有低内阻、循环稳定性好、寿命长、高功率和高能量密度特性，并且成本低、资源丰富、环境友好、易于产业化等特点。
【IPC分类】H01G11/44, H01G11/86, H01G11/62, H01G11/84
【公开号】CN105609327
【申请号】CN201510960572
【发明人】刘恩辉, 滕远, 刘琨, 刘瑞花, 丁锐
【申请人】湘潭大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月19日