超级电容的电极及其制作方法技术

本发明专利技术是一种超级电容的电极及其制作方法，该制作方法包括：首先，提供聚丙烯腈纤维织物，此聚丙烯腈纤维织物具有多条直径约为５０～５００ｎｍ的聚丙烯腈纤维。接着，对聚丙烯腈纤维织物进行热处理，使形成碳纤织物，其中，碳纤织物包含多条直径约为５０～５００ｎｍ的碳纤维。碳纤维的表面具有多个孔径约为１～５０ｎｍ的纳米孔，且纳米孔的总表面积约占碳纤维总表面积的８５～９５％。最后，进行碳纤织物的裁切以制成超级电容的电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种电极及其制作方法，且特别是有关一种。
技术介绍
伴随着科技的发展，对于各类计算机、通讯与电子产品效能的要求越趋严格。为提 高前述各类产品的效能，前述产品中所使用的电容的电容量与稳定性势必得相应提高，因 此便有了超级电容的出现。 目前常见的超级电容的结构主要包含一对电极与灌注于对电极之间的电解质。超 级电容的电容值主要取决于电极的性质。因此，如何通过电极工艺的持续改进以进一步提 高超级电容的电容量为目前业界努力的方向之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。 依照本专利技术一方面提出一种超级电容的电极的制作方法。首先，提供聚丙烯腈纤 维织物，此聚丙烯腈纤维织物具有多条直径约为50 500nm的聚丙烯腈纤维。接着，对聚丙 烯腈纤维织物进行热处理，使形成碳纤织物，其中，碳纤织物包含多条直径约为50 500nm 的碳纤维。碳纤维的表面具有多个孔径约为1 50nm的纳米孔，且纳米孔的总表面积约占 碳纤维总表面积的85 95%。之后，进行碳纤织物的裁切以制成超级电容的电极。 依照本专利技术另一方面提出一种超级电容的电极。此电极包含多条直径约为50 500nm的碳纤维。碳纤维的表面具有多个孔径约为1 50nm的纳米孔，且纳米孔的总表面 积约占碳纤维总表面积的85 95%。 根据本专利技术所制作的超级电容的电极具有相当优异的比电容量值，可提高其所制 作的超级电容的电容量。附图说明 为让本专利技术的上述和其它目的、特征、优点能更明显易懂，下面将配合附图对本发 明的较佳实施例进行详细说明，其中 图1是绘示依照本专利技术一实施例所述的超级电容的电极的制作方法流程图。 图2是绘示本专利技术一实施例中具有碳纤织物与金属集电层的电极的剖面构造图。 图3是绘示电极经电流恒定充放电试验后所得到的图谱。具体实施例方式織申細申扁纖 图1是绘示依照本专利技术一实施例所述的超级电容的电极的制作方法流程图。首 先，进行步骤110，提供聚丙烯腈纤维织物，此聚丙烯腈纤维织物可由聚丙烯腈纤维织造而3成。前述聚丙烯腈纤维的直径约为50 500nm，聚丙烯腈纤维可经由静电纺丝法制作而成。 接着，进行步骤120，对聚丙烯腈纤维织物进行热处理，使聚丙烯腈纤维反应成碳 纤维而形成碳纤织物。碳纤织物包含直径约为50 500nm的碳纤维，碳纤维的表面具有孔 径约为1 50nm的纳米孔，且纳米孔的总表面积约占碳纤维总表面积的85 95%。 具体而言，前述聚丙烯腈纤维织物热处理的步骤包含两阶段加热步骤。首先，将聚 丙烯腈纤维织物加热至200 30(TC ，并保持温度60 120分钟，以对聚丙烯腈纤维织物进 行氧化处理。之后，再以800 IOO(TC的温度进行加热，并保持温度3 9分钟，使形成碳 纤织物。 前述的碳纤织物制作完成后，可直接进行碳纤织物的裁切以制成超级电容用的电 极。当然，亦可如图1所示，进行步骤130，进一步于碳纤织物之上形成金属集电层，以形成 具有较低阻抗的电极。 请参考图2，其是绘示本专利技术一实施例中具有碳纤织物与金属集电层的电极的剖 面构造图。电极200具有碳纤织物240与金属集电层250。金属集电层250的材料例如 可为铂、钛、金、银、铜、铝、铬、铁或前述的组合，其形成方式例如可为贴合、溅镀等可行的方 式。若采用贴合的方式形成金属集电层250的话，金属集电层250与碳纤织物240之间将 存在一层接着层(未绘示)。 先l睛你l 依照本专利技术上述实施例所述，提供应用于超级电容的电极制作的碳纤织物制作实 例E1 E3。其中，所使用的聚丙烯腈纤维织物中的纤维直径〈500nm。氧化处理的温度约 为26(TC，升温速率约为2°C /分钟。第二阶段的加热温度约为IOO(TC，保持温度时间分别 为3分钟(El) 、6分钟(E2)与9分钟(E3)。 比表面积分析 上述制作实例E1 E3所完成的碳纤织物分别进行吸附实验以分析碳纤织物的比表面积。表一系列出所测得的碳纤织物比表面积。 表一比表面积分析<table>table see original document page 4</column></row><table> 由表一可知，随着高温处理(e. g IOO(TC )过程中保持温度时间的提高(El v. s E2v.s E3)，比表面积可获得提高。比表面积的提高，可提高后续所制作的超级电容的电容值。 为进一步分析碳纤织物上的表面积的分布情形，进一步就制作实例E3所完成的 碳纤织物的表面积进行分析。由分析中得知E3碳纤织物(比表面积为1104m7g)中大孔 (孔径〉50nm)的表面积约占碳纤织物表面积的10% (110. 092m7g)。由于制作实例E3碳 纤织物中的碳纤维的表面积主要是来自于孔的贡献，因此可进一步推估得知纳米孔(孔径 为1 50nm)所贡献的表面积约为90%。 电容量分析 上述制作实例El E3 (1000 °C热处理时间3、6与9分钟)所完成的碳纤织 物可进一步进行裁切以制成电极，并于三极式电化学系统中分别以电流恒定充放电法 (galvanostatic charge and discharge method)及循环伏安法(cyclic voltammetric method)测量电极的电容值。 前述三极式电化学系统中的参考电极(reference electrode)为饱和干汞 电极，工作电极(working electrode)为El E3碳纤织物所制成的电极，相对电极 (counterelectrode)为石墨电极。电解液是1M的硫酸溶液。 电流恒定充放电试验 前述制作实例El E3所制成的电极于三极式电化学系统中进行电流恒定充放电 试验，其中所使用的电流为lmA，充放电的电压范围为0 0. 75V。<formula>formula see original document page 5</formula> 图3是绘示电极经电流恒定充放电试验后所得到的图谱。由试验所获得的图谱搭 配公式I，可计算出电极的比电容值。其中公式I中的C为比电容量(F/g)，I为电流，AT 为时间差，AV为电位差，m为试验样品(电极)重量。 表二是列出E1 E3碳纤织物所制作的电极经电流恒定充放电试验后所得出的比 电容值。其中，制作实例E1 E3的碳纤织物各别制成三个电极进行三次试验，并对三次试 验所获得的比电容量值进行平均。 表二电流恒定充放电试验 4/5页试验样品重量(mg)充电比电容量 (F/g)放电比电容量 (F/g)El-19.7161168El-29.7174183El-313.1188209El (平均值)174187E2-112.1222242E2-25-5256296E2-37.5266291E2 (平均值)248276E3-17,5267288E3-26.8292314E3-35.9264292E3 (平均值)274298市售品1—_110市售品2——130 市售品1 :台碳科技公司活性碳纤维布 市售品2 :铨能碳素科技公司活性碳纤维布 由表二中可知，制作实例El E3碳纤织物所制作的电极经由前述电流恒定充放 电试验所得出的平均充电比电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级电容的电极的制作方法，至少包含：提供一聚丙烯腈纤维织物，该聚丙烯腈纤维织物具有直径约为５０～５００ｎｍ的多条聚丙烯腈纤维；对该聚丙烯腈纤维织物进行热处理，使形成碳纤织物，其中该碳纤织物包含直径约为５０～５００ｎｍ的多条碳纤维，所述的碳纤维表面具有孔径约为１～５０ｎｍ的多个纳米孔，且，所述的纳米孔的总表面积约占所述的碳纤维总表面积的８５～９５％；以及裁切该碳纤织物以制成该电极。

【技术特征摘要】
一种超级电容的电极的制作方法，至少包含提供一聚丙烯腈纤维织物，该聚丙烯腈纤维织物具有直径约为50～500nm的多条聚丙烯腈纤维；对该聚丙烯腈纤维织物进行热处理，使形成碳纤织物，其中该碳纤织物包含直径约为50～500nm的多条碳纤维，所述的碳纤维表面具有孔径约为1～50nm的多个纳米孔，且，所述的纳米孔的总表面积约占所述的碳纤维总表面积的85～95％；以及裁切该碳纤织物以制成该电极。2. 根据权利要求1所述的超级电容的电极的制作方法，其特征在于热处理该聚丙烯腈纤维织物的方式包含加热该聚丙烯腈纤维织物至200 300°C ，并保持温度60 120分钟，以对该聚丙烯腈纤维织物进行氧化处理；以及进一步加热该聚丙烯腈纤维织物至800 IOO(TC ，并保持温度3 9分钟，使形成碳纤织物。3. 根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭兆群，张浩哲，林文婷，
申请(专利权)人：财团法人纺织产业综合研究所，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]