PDF《谢忠巍酚醛树脂热裂解碳为电极的双电层 电容器的电化学特性》

[ 研究简报] 酚醛树脂热裂解碳为电极的双电层 电容器的电化学特性 黄小文

1 , 谢忠巍

2 , 曲晓光

1 , 孙海珠

1 , 瞿伦玉

1 , 谢德民

1 ( 1.

东北师范大学化学学院, 长春 130024;

2. 深圳市长园公司, 深圳 518057) 关键词 酚醛树脂;

聚并苯;

双电层电容器;

电化学性质 中图分类号 O646.

21 文献标识码 A 文章编号 0251- 0790( 2002) 07- 1444-

03 收稿日期: 2001-07-03. 联系人简介: 谢德民(

1940 年出生) , 男, 教授, 博士生导师, 主要从事导电高分子的应用研究. 双电层电容器具有体积小、容量大和价格便宜等特点, 以活性炭为电极的双电层电容器是具有高 度可靠性的特殊电源, 在许多便携式电子仪器和通讯设备上被用作备用电源. 特别是具有相对大容量 的电容器已与标准的铅酸蓄电池组成混合体系, 应用在电动车辆上 [ 1] . 酚醛树脂经热裂解制备的聚并 苯导电材料 PAS 是制备双电层电容器电极的最佳材料之一[ 2~10] , 它可以进行p 型和 n 型掺杂, 而且耐 化学腐蚀、耐氧化和热稳定性好. 本文通过热裂解酚醛树脂来制备容量大、等效串联电阻小、不使用 任何重金属、对环境无污染和不需长时间更换的双电层电容器, 并讨论了制备方法与结构对电容器性 能的影响.

1 实验部分 1.

1 酚醛树脂的合成 将111 g 苯酚、

116 mL 37% 甲醛和

6 mL 25%氨水混合均匀, 在低于70 ℃下 回流搅拌

6 h, 滴加稀盐酸, 使反应后溶液的 pH 值介于 6~7 之间, 分相后得浅黄色粘稠的酚醛树脂. 将碱催化得到的酚醛树脂、ZnCl2 和H2 O 按10∶30∶10 的摩尔比例混合均匀, 于150 ℃固化

24 h, 在N

2 气保护下于管式电炉内进行高温热裂解, 产物经酸洗、 水洗、干燥、 粉碎和过筛等处理, 得到 粒径小于

200 目的粉末状物质. 改变热裂解温度, 得到各种不同的产物. 1.

2 电解液的配制 将四氟硼酸四乙基铵( Et4NBF4 ) 在真空干燥箱中

80 ℃下烘

24 h. 将分子筛加入 到 碳酸丙烯酯( PC) 中, 减压蒸馏, 重复操作

2 次. 在充满氩气的干燥手套箱内配制成

1 mol/ L Et4NBF4 / PC 溶液, 加入金属锂, 备用. 1.

3 双电层电容器的组装 将活性炭粉末、乙炔黑和聚四氟乙烯粘结剂( PTFE) 按质量比 8∶1∶1 混 合均匀, 涂压在不锈钢网上, 电极平均面积为 1.

13 cm

2 . 压片并放入真空干燥箱中烘干, 在充满氩气 的干燥手套箱中组装电容器, 电解液为

1 mol/ L Et4NBF4 / PC, 隔膜为 Celgard

2400 聚丙烯多孔膜. Table

1 Results of elemental analysis( % ) , layer span( dc) and microcrystal size ( Lc) t/ ℃ dc/ nm Lc/ nm C H H/ C

580 0.

375 1 1.

083 91.

74 1.

43 0.

187 650 0.

369 3 1.

129 91.

95 1.

35 0.

176 680 0.

367 0 1.

140 91.

89 1.

20 0.

157 2 结果与讨论 2.

1 X 射线衍射研究 用D/ M ax- VB 型X射线衍射仪测定活性炭的 X 射线( Cu K ) 衍射谱, 衍射峰 的位置用Si 粉末的( 111) 和( 220) 峰为标准进行校正, 并对衍射峰的曲线进行平滑、 背景扣除和极化校 正. 沿( hkl) 方向的微晶尺寸 Lhkl 由Scherrer 公式 Ihkl = K / ( cos! ) 计算, 本文用 Biscoe 处理无定形碳 时提出的方法计算微晶尺寸 L c, L a, 设形状因子 k 分别 为0.

9 和1. 84. 代表性的 X 射线衍射谱见图 1. 所有样品的 X 射线谱图不存在结晶峰, 只有在 24° 及44° 附近产生两个较宽的非晶峰, 不同温度处理的样 品的X 射线参数及用 PE