一种用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法
【专利摘要】本发明提供的是一种用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法。步骤一：将无机盐溶解于蒸馏水中、形成均一的无机盐溶液，将碳布浸渍在所述无机盐溶液中若干次，取出置于干燥箱中干燥重结晶得到得产物A；步骤二，将产物A置入管式炉中，高温煅烧，用蒸馏水清洗去除无机盐，烘干，即得到表面修饰的碳布。本发明采用溶液浸渍重结晶法，利用热蒸发的方法使得金属盐在碳布的表面重结晶，在高温碳化过程中能够同步实现活化开孔的目的，提高CF表面活性和粗糙度，使得被活化的CF具有较大的比表面积，丰富的多孔的结构，此方法条件温和，绿色环保，CF表面改性氧化均匀，氧化效果优异，从而使得CF直接作为柔性电极材料具有良好的电化学性能。
【专利说明】
一种用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及的是一种无机纳米材料的改性方法。具体地地说是一种碳布表面修饰改性方法。
【背景技术】
[0002]碳布为“碳纤维布”的简称，是一种碳纤维交错组成的纺织物。碳纤维(CF)是一种含碳量在95%以上的新型纤维材料，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，具有比强度高、抗蠕变性能好、密度低、热稳定性和化学稳定性好、热膨胀系数低及电传导性高等一系列优异的性能，常常被用作制备柔性电极的集流体和基片。不同无机材料，如MnO2、Co304、TiN等已经成功生长在碳布上，并显示出良好的电化学性能。如专利号为ZL201010610593.5的专利文件中公开了一种在碳布上生长碳纳米颗粒的方法，该方法可以在碳布上生产均匀的碳纳米颗粒，可用于制备柔性的场致电子发射冷阴极器件等。
[0003]然而，由于CF表面光滑、比表面积小且呈化学惰性，因此它的比电容(1-2F.g—S?1mF.cm—2)远远低于其它一些碳材料，如:石墨稀(100-200F.g—工)、单璧碳纳米管(100-200F.g—D等，从而很少有直接使用碳布作为电极材料，这极大地限制了对CF的应用。因此，必须要采用合适的方法对CF进行表面改性，以提高其表面活性和粗糙度，使得被活化的CF具有较大的比表面积，丰富的多孔的结构，适当的活性官能团，从而使得CF直接作为柔性电极材料具有良好的电化学性能。
[0004]目前使用较多的CF表面处理方法主要有气相氧化、液相氧化、电化学氧化(CN104562631A)、等离子体处理、气相沉积、电化学沉积等。这些方法往往存在处理工艺比较繁琐、成本高、容易对纤维本体造成损伤，导致其氧化不均，氧化效果不好，而使得材料的综合性能降低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种工艺简单、能耗小、成本低、效果明显的用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007]步骤一:将无机盐溶解于蒸馏水中、形成均一的无机盐溶液，将碳布浸渍在所述无机盐溶液中若干次，取出置于干燥箱中干燥重结晶得到得产物A;
[0008]步骤二，将产物A置入管式炉中，高温煅烧，用蒸馏水清洗去除无机盐，烘干，即得到表面修饰的碳布。
[0009]本发明还可以包括:
[0010]1、所述无机盐为硝酸盐、硫酸盐、硫代硫酸盐、过二硫酸盐、连四硫酸盐中一种或几种的混合物。
[00??] 2、所形成均一的无机盐溶液的浓度为0.01?5mol.L^10
[0012]3、所述干燥重结晶为在20 °C?120 °C条件下干燥重结晶12h?36h。
[0013]4、碳布在无机盐溶液中的浸渍次数为I?5次。
[0014]5、所述碳布采用机织类型的平纹布、机织类型的斜纹布或机织类型的缎纹布，规格是 1K、3K、6K 或 12K。
[0015]6、所述高温煅烧为真空或惰性气氛下煅烧10?180分钟，煅烧温度为600?1100Γ。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0017](I)本发明的技术方案中的表面处理方法工艺简单、耗时短、成本低，可以批量投入在工业生产中。
[0018](2)本发明采用溶液浸渍重结晶法，利用热蒸发的方法使得金属盐在碳布的表面重结晶，在高温碳化过程中能够同步实现活化开孔的目的，提高CF表面活性和粗糙度，使得被活化的CF具有较大的比表面积，丰富的多孔的结构，此方法条件温和，绿色环保，CF表面改性氧化均匀，氧化效果优异，从而使得CF直接作为柔性电极材料具有良好的电化学性能。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1得到的改性碳布的SEM图。
[0020]图2为实施例1未改性碳纤维的SEM图。
[0021]图3为实施例1得到碳布在不同放电电流密度下的比电容值。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0023]实施例1
[0024]称取4g的LiNO3,溶解于1mL的蒸馏水中，形成均一的溶液，将碳布浸渍在LiNO3溶液中一次，取出后置于80°C干燥箱中干燥重结晶24h，然后洗涤，将其置入管式炉中，Ar气氛下，以5°C.min—1的升温速率升至750°C，恒温120min，冷却后用蒸馏水清洗去除无机盐，烘干，即得到表面修饰的碳布。
[0025]本实施例制备的碳布的扫描电镜照片如图1所示，未改性的碳布的扫描电镜照片如图2所示，可以看出，未改性的碳布表面光滑，改性后碳布表面粗糙。对所制备的改性碳布进行超级电容器测试，结果见图3，对其进行在不同放电电流密度下的充放电测试，ImA放电电流密度下，比电容为160mF.cm—2，20mA时电容仍保持为125mF.cm—2。
[0026]实施例2
[0027]称取4g的Li2S04，溶解于1mL的蒸馏水中，形成均一的溶液，将碳布浸渍在Li2SO4溶液中两次，取出后置于80°C干燥箱中干燥重结晶24h，然后洗涤，将其置入管式炉中，Ar气氛下，以5°C.π?η—1的升温速率升至750°C，恒温120min，冷却后用蒸馏水清洗去除无机盐，烘干，即得到表面修饰的碳布，ImA放电电流密度下，比电容为180mF.cm—2，20mA时电容仍保持为 150mF.cm_2o
[0028]实施例3
[0029]称取4g的Na2S2O3，溶解于1mL的蒸馏水中，形成均一的溶液，将碳布浸渍在Na2S2O3溶液中一次，将其置于80°C干燥箱中干燥重结晶24h，然后洗涤，将其置入管式炉中，Ar气氛下，以5°C.π?η—1的升温速率升至750°C，恒温120min，冷却后用蒸馏水清洗去除无机盐，，烘干，即得到表面修饰的碳布ImA放电电流密度下，比容量为200mF.cm—2，20mA时电容仍保持为 160mF.cm—20
[0030]实施例4
[0031 ] 称取4gNa2S208的，溶解于1mL的蒸馏水中，形成均一的溶液，将碳布浸渍在Na2S2O8溶液中，将其置于80 0C干燥箱中干燥重结晶24h，然后洗涤，将其置入管式炉中，Ar气氛下，以5°C.min—1的升温速率升至750°C，恒温120min，冷却后用蒸馏水清洗去除无机盐，烘干，即得到表面修饰的碳布ImA放电电流密度下，比容量为240mF.cm—2，20mA时电容仍保持为18 OmF.cm—20
[0032]实施例5
[0033]称取4gNa2S406.2H20的，溶解于1mL的蒸馏水中，形成均一的溶液，将碳布浸渍在Na2S4O6.2H20溶液中，将其置于80°C干燥箱中干燥重结晶24h，然后洗涤，将其置入管式炉中，Ar气氛下，以5°C.π?η—1的升温速率升至750°C，恒温120min，冷却后用蒸馏水清洗去除无机盐，烘干，即得到表面修饰的碳布，ImA放电电流密度下，比容量为280mF.cm—2，20mA时电容仍保持为220mF.cm—2。
【主权项】
1.一种用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法，其特征是: 步骤一:将无机盐溶解于蒸馏水中、形成均一的无机盐溶液，将碳布浸渍在所述无机盐溶液中若干次，取出置于干燥箱中干燥重结晶得到得产物A; 步骤二，将产物A置入管式炉中，高温煅烧，用蒸馏水清洗去除无机盐，烘干，即得到表面修饰的碳布。2.根据权利要求1所述的用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法，其特征是:所述无机盐为硝酸盐、硫酸盐、硫代硫酸盐、过二硫酸盐、连四硫酸盐中一种或几种的混合物。3.根据权利要求2所述的用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法，其特征是:所述高温煅烧为真空或惰性气氛下煅烧10?180分钟，煅烧温度为600?IlOOcC。4.根据权利要求3所述的用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法，其特征是:所述干燥重结晶为在20 °C?120 0C条件下干燥重结晶12h?36h。5.根据权利要求4所述的用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法，其特征是:碳布在无机盐溶液中的浸渍次数为I?5次。6.根据权利要求5所述的用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法，其特征是:所形成均一的无机盐溶液的浓度为0.01?5mol.L-1O7.根据权利要求6所述的用于超级电容器电极的碳布表面修饰改性方法，其特征是:所述碳布采用机织类型的平纹布、机织类型的斜纹布或机织类型的缎纹布，规格是1K、3K、6K或 12Κ。
【文档编号】H01G11/40GK105869923SQ201610293160
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】程魁, 欧阳田, 曹殿学, 张旭, 叶克, 王贵领
【申请人】哈尔滨工程大学