The invention provides a carbide derived carbon / carbon composite energy storage material, a preparation method and an application thereof. The preparation method comprises the following steps: Molby for mixed 8:1 ~ 1:1 carbon source and metal powder in high energy ball milling 3 ~ 72h; the reaction mixture in high temperature tube furnace, the reaction temperature is 1000 to 1500 DEG C, the reaction time is 0.5 ~ 6h, cooling to room temperature, preparation get the metal carbide / carbon; the metal carbide / carbon is arranged in the tube furnace, under the protection of inert gas is heated to 300 to 900 DEG C, then pass into the mixture of high purity chlorine or chlorine and hydrogen, the reaction time is 0.5 ~ 6h; after the reaction again pass into the inert gas, remove the residual sample surface the intervals and chloride after cooling to room temperature, you can get the carbide derived carbon / carbon composite materials for energy storage. The material obtained by the invention has the characteristics of controllable structure, adjustable carbon carbide / carbon two-phase carbon ratio, large specific surface area, adjustable in a large range, even distribution of micropores, etc..
【技术实现步骤摘要】
碳化物衍生碳/炭复合储能材料及其制备方法与应用
本专利技术属于新型炭材料领域,具体涉及一种可用作锂离子电池负极和超级电容器电极材料的碳化物衍生碳/炭复合储能材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着社会的发展,能源危机和环境保护成为人类可持续发展的战略核心,研究开发环境友好的新型能源材料及提高能源转换和使用效率已成为全球关注的热点问题。其中,发展高性能储能器件和相关材料对高效利用风能和太阳能等可再生能源、快速发展电动汽车和智能电网具有举足轻重的作用。碳基材料具有良好的结构可设计性、高的比表面积、优异的导电能力、独特的化学稳定性、好的成型性,同时价格相对低廉、原料来源丰富、生产工艺也比较成熟,至今仍是锂离子电池和超级电容器应用最广泛的电极材料。碳化物衍生碳(CDCs)是以碳化物晶格为模板,通过选择性刻蚀将碳化物中金属或非金属元素去除,并将碳骨架完好的保留,而制得纳米孔炭材料。孔径分布窄、孔结构可调是CDCs区别于普通活性炭的突出优势,而结构调控也正是CDCs研究的热点。与孔径分布较宽的活性炭相比,CDCs一方面避免了因孔径过小而使电解液离子难以进入,另一方面避免了孔径过大造成密度的下降。CDCs材料能够快速充放电,在几秒以内便可达到其额定容量的95%以上。CDCs较高的密度使电极具有较高的体积比容量。但与一般锂离子电池相比(120~170Wh/kg),其能量密度仍然较低。单纯以碳化物衍生碳作为电极活性物质的超级电容器虽然表现出较高的比容量特性,但是和传统活性炭电极类似,仍主要依靠衍生碳大的比表面积和特殊的孔结构在电极表面发生物理吸附过程进行储能,能量密度不高。 ...
【技术保护点】
碳化物衍生碳/炭复合储能材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将摩尔比为8:1~1:1的碳源和金属粉混合,放入高能球磨机中球磨3~72h;将上述混合料于高温管式炉中反应,反应温度为1000~1500℃,反应时间为0.5~6h,冷却至室温,制备得到金属碳化物/炭;将上述金属碳化物/炭置于管式炉中,在惰性气体保护下升温至300~900℃,然后改通入高纯氯气或氯气与氢气的混合气,反应时间0.5~6h;反应结束后再次通入惰性气体,去除样品表面和空隙内残留的氯化物后冷却至室温,即可得到碳化物衍生碳/炭复合储能材料。
【技术特征摘要】
1.碳化物衍生碳/炭复合储能材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将摩尔比为8:1~1:1的碳源和金属粉混合,放入高能球磨机中球磨3~72h;将上述混合料于高温管式炉中反应,反应温度为1000~1500℃,反应时间为0.5~6h,冷却至室温,制备得到金属碳化物/炭;将上述金属碳化物/炭置于管式炉中,在惰性气体保护下升温至300~900℃,然后改通入高纯氯气或氯气与氢气的混合气,反应时间0.5~6h;反应结束后再次通入惰性气体,去除样品表面和空隙内残留的氯化物后冷却至室温,即可得到碳化物衍生碳/炭复合储能材料。2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的碳源为石墨、中间相炭微球、炭黑、碳纳米管或炭纤维中的任意一种。3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的金属粉为钛、锆、铪、铌、钽、钒或钼粉中的任意一种。4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述惰性气体为氮气或氩气。5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,通入高纯氯气或氯气与氢气的混合气的流速为10~50mL/min。6.如权利要求1至5任一项所述的制备方法制备得到的碳化物衍生...
【专利技术属性】
技术研发人员:丛野,袁修兰,李轩科,董志军,袁观明,崔正威,张江,
申请(专利权)人:武汉科技大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
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