(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法であって、
反応器にレゾルシノール水溶液と、水酸化ナトリウム溶液と、低重合度パラホルムアルデヒド水溶液を添加して撹拌混合して、一定温度に加熱した後、低分子量のフェノールホルムアルデヒド樹脂プレポリマーを得て、そしてアンモニア水を添加し、１００℃まで温度を上昇させて２４ｈ重合させ、反応後に得た樹脂ミクロスフェアを脱イオン水で洗浄し、そして１２０℃の定温乾燥箱内で５ｈ乾燥し、ナノ高分子球を得るステップ１と、
前記ナノ高分子球をエタノールに添加して２０−５０ｍｇ／Ｌの混合物を得て、そして前記ナノ高分子球の質量の２−５％の銀ナノワイヤーを添加し、硝酸銀溶液を添加し、室温で１５ｍｉｎ超音波し、その後前記混合物を７０℃で１２ｈ濃縮還流反応させ、３〜５回の水洗いとエタノール溶脱の後に真空乾燥し、銀ナノワイヤーのナノ高分子球を得るステップ２と、
前記銀ナノワイヤーのナノ高分子球を管状炉に置き、窒素ガス環境において１℃／ｍｉｎの加熱率で３００℃まで温度を上げた後に１５℃／ｍｉｎの加熱率で６００℃まで温度を上げ、そして６００℃で２ｈ保温する。室温まで冷却した後に、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料を得るステップ３と、
を含む、
ことを特徴とする銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法。
【請求項２】
前記ステップ１において、
前記低重合度パラホルムアルデヒド水溶液の質量濃度は、８０−１００ｇ／Ｌである、
ことを特徴とする請求項１に記載の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法。
【請求項３】
前記ステップ１において、
前記レゾルシノール水溶液は、濃度が０．０５−０．１０ｍｏｌ／Ｌであり、
前記水酸化ナトリウム溶液は、濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌであり、
前記アンモニア水は、濃度が０．０５−０．１ｍｏｌ／Ｌである、
ことを特徴とする請求項１に記載の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法。
【請求項４】
前記ステップ１において、
前記一定温度は、４０℃である、
ことを特徴とする請求項１に記載の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法。
【請求項５】
前記ステップ２において、
前記硝酸銀溶液は、濃度が０．０１−０．０５ｍｏｌ／Ｌである、
ことを特徴とする請求項１に記載の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法。
【請求項６】
前記ステップ２において、
室温で１５ｍｉｎ超音波する超音波出力は、１５０〜２００Ｗである、
ことを特徴とする請求項１に記載の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極材料作製分野に関し、具体的には、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層コンデンサを作製する材料において、カーボンナノチューブ、グラフェン、活性炭などの炭素材料は、広い供給源と、低いコストおよび多様な形で最も幅広く研究されている電極材料となる。しかし、多数の炭素電極材料の導電性がよくないため、部品のレート特性も悪くなる。したがって、良好な導電性を有する電極を作成できるのは、電気二重層コンデンサにとって重要なことです。カーボンフィルムの導電性を強めるために、従来は導電カーボンブラックを添加するが、導電カーボンブラックの比例が高すぎると、カーボンフィルムの質量と比表面積が低下するほか、カーボンフィルムのシート抵抗も高い。
【０００３】
例えば、ＣＮ２０１７１０１３３５４４．９には、ローラー又はコーティング転移工芸によってニッケルフォームを集電体として電極磁極片を作製し、電気二重層コンデンサに構成する、接着剤と、銀ナノワイヤー導電剤と活性物質に基づいて調製されるスラリーが開示されている。しかし、該手段では、大量の銀ナノワイヤーを使用しなければ、等価抵抗を下げることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０８１２２６９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の技術的問題を解決するために、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を実現するために、本発明の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法は、
反応器にレゾルシノール水溶液と、水酸化ナトリウム溶液と、低重合度パラホルムアルデヒド水溶液を添加して撹拌混合して、一定温度に加熱した後、低分子量のフェノールホルムアルデヒド樹脂プレポリマーを得て、そしてアンモニア水を添加し、１００℃まで温度を上昇させて２４ｈ重合させ、反応後に得た樹脂ミクロスフェアを脱イオン水で洗浄し、そして１２０℃の定温乾燥箱内で５ｈ乾燥し、ナノ高分子球を得るステップ１と、
前記ナノ高分子球をエタノールに添加して２０−５０ｍｇ／Ｌの混合物を得て、そして前記ナノ高分子球の質量の２−５％の銀ナノワイヤーを添加し、硝酸銀溶液を添加し、室温で１５ｍｉｎ超音波し、その後前記混合物を７０℃で１２ｈ濃縮還流反応させ、３〜５回の水洗いとエタノール溶脱の後に真空乾燥し、銀ナノワイヤーのナノ高分子球を得るステップ２と、
前記銀ナノワイヤーのナノ高分子球を管状炉に置き、窒素ガス環境において１℃／ｍｉｎの加熱率で３００℃まで温度を上げた後に１５℃／ｍｉｎの加熱率で６００℃まで温度を上げ、そして６００℃で２ｈ保温する。室温まで冷却した後に、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料を得るステップ３と、
を含む。
【０００７】
好ましくは、前記ステップ１において、前記レゾルシノール水溶液は、濃度が０．０５−０．１０ｍｏｌ／Ｌであり、前記水酸化ナトリウム溶液は、濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌであり、前記アンモニア水は、濃度が０．０５−０．１ｍｏｌ／Ｌであり、前記低重合度パラホルムアルデヒド水溶液の質量濃度は、２８０−３８０ｇ／Ｌである。
【０００８】
好ましくは、前記ステップ１において、前記一定温度は、４０℃である。
【０００９】
好ましくは、前記ステップ２において、前記硝酸銀溶液は、濃度が０．０１−０．０５ｍｏｌ／Ｌであり、室温で１５ｍｉｎ超音波する超音波出力は、１５０〜２００Ｗである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に関わる銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法は、従来技術と比べ、下記のメリットを有する。
【００１１】
本発明に関わる銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法は、従来の電極材料の電気抵抗が大きい問題を解決し、銀ナノワイヤーをカーボンナノボールと組み合わせ、銀ナノワイヤーと、カーボンナノボールに負荷の銀イオンとを互いに対し作用させることで、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の電気容量を増大させる。銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料は、大きい比表面積を有し、電子やイオンの搬送に便利である。本発明の作製方法は、作製方法が簡単であり、作製した電極材料の電気抵抗率が低く、電気二重層コンデンサに高い比電気容量を提供するとともに、操作しやすく、装置に対する要求が高くなく、応用展望がいい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１によって作製した銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料のステレオ走査写真である。
【図２】実施例１で作成した銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料を利用して組み立てる対称形電気二重層コンデンサが異なる電圧ウィンドウにおいてのサイクリックボルタモグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に使用する銀ナノワイヤーは、従来技術の手段で作ることができる。
【００１４】
実施例１：
【００１５】
本発明の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法は、
反応器に５０ｍＬの０．０５ｍｏｌ／Ｌのレゾルシノール水溶液と、２０ｍＬの０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム溶液とを添加し、そして、質量濃度が８０ｇ／Ｌの低重合度パラホルムアルデヒド水溶液を添加して撹拌混合して、４０℃に加熱した後、低分子量のフェノールホルムアルデヒド樹脂プレポリマーを得て、そして０．０５ｍｏｌ／Ｌのアンモニア水を２０ｍＬ添加し、１００℃まで温度を上昇させて２４ｈ重合させ、反応後に得た樹脂ミクロスフェアを脱イオン水で洗浄し、そして１２０℃の定温乾燥箱内で５ｈ乾燥し、ナノ高分子球を得るステップ１と、
前記ナノ高分子球をエタノールに添加して２０ｍｇ／Ｌの混合物を得て、そして前記ナノ高分子球の質量の２％の銀ナノワイヤーを添加し、０．０１ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀溶液を２０ｍＬ添加し、室温で１５０Ｗの超音波出力で１５ｍｉｎ超音波し、その後前記混合物を７０℃で１２ｈ濃縮還流反応させ、３〜５回の水洗いとエタノール溶脱の後に真空乾燥し、銀ナノワイヤーのナノ高分子球を得るステップ２と、
前記銀ナノワイヤーのナノ高分子球を管状炉に置き、窒素ガス環境において１℃／ｍｉｎの加熱率で３００℃まで温度を上げた後に１５℃／ｍｉｎの加熱率で６００℃まで温度を上げ、そして６００℃で２ｈ保温する。室温まで冷却した後に、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料を得るステップ３と、
を含む。
【００１６】
実施例２：
【００１７】
本発明の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法は、
反応器に５０ｍＬの０．０６ｍｏｌ／Ｌのレゾルシノール水溶液と、２０ｍＬの０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム溶液とを添加し、そして、質量濃度が８５ｇ／Ｌの低重合度パラホルムアルデヒド水溶液を添加し、撹拌混合し、４０℃に加熱した後、低分子量のフェノールホルムアルデヒド樹脂プレポリマーを得て、そして０．０６ｍｏｌ／Ｌのアンモニア水を２０ｍＬ添加し、１００℃まで温度を上昇させて２４ｈ重合させ、反応後に得た樹脂ミクロスフェアを脱イオン水で洗浄し、そして１２０℃の定温乾燥箱内で５ｈ乾燥し、ナノ高分子球を得るステップ１と、
前記ナノ高分子球をエタノールに添加して２０ｍｇ／Ｌの混合物を得て、そして前記ナノ高分子球の質量の２％の銀ナノワイヤーを添加し、０．０２ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀溶液を２０ｍＬ添加し、室温で１６０Ｗの超音波出力で１５ｍｉｎ超音波し、その後前記混合物を７０℃で１２ｈ濃縮還流反応させ、３〜５回の水洗いとエタノール溶脱の後に真空乾燥し、銀ナノワイヤーのナノ高分子球を得るステップ２と、
前記銀ナノワイヤーのナノ高分子球を管状炉に置き、窒素ガス環境において１℃／ｍｉｎの加熱率で３００℃まで温度を上げた後に１５℃／ｍｉｎの加熱率で６００℃まで温度を上げ、そして６００℃で２ｈ保温する。室温まで冷却した後に、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料を得るステップ３と、
を含む。
【００１８】
実施例３：
【００１９】
本発明の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法は、
反応器に５０ｍＬの０．０７ｍｏｌ／Ｌのレゾルシノール水溶液と、２０ｍＬの０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム溶液とを添加し、そして、質量濃度が９０ｇ／Ｌの低重合度パラホルムアルデヒド水溶液を添加し、撹拌混合し、４０℃に加熱した後、低分子量のフェノールホルムアルデヒド樹脂プレポリマーを得て、そして０．０６ｍｏｌ／Ｌのアンモニア水を２０ｍＬ添加し、１００℃まで温度を上昇させて２４ｈ重合させ、反応後に得た樹脂ミクロスフェアを脱イオン水で洗浄し、そして１２０℃の定温乾燥箱内で５ｈ乾燥し、ナノ高分子球を得るステップ１と、
前記ナノ高分子球をエタノールに添加して２０ｍｇ／Ｌの混合物を得て、そして前記ナノ高分子球の質量の２％の銀ナノワイヤーを添加し、０．０３ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀溶液を２０ｍＬ添加し、室温で１７０Ｗの超音波出力で１５ｍｉｎ超音波し、その後前記混合物を７０℃で１２ｈ濃縮還流反応させ、３〜５回の水洗いとエタノール溶脱の後に真空乾燥し、銀ナノワイヤーのナノ高分子球を得るステップ２と、
前記銀ナノワイヤーのナノ高分子球を管状炉に置き、窒素ガス環境において１℃／ｍｉｎの加熱率で３００℃まで温度を上げた後に１５℃／ｍｉｎの加熱率で６００℃まで温度を上げ、そして６００℃で２ｈ保温する。室温まで冷却した後に、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料を得るステップ３と、
を含む。
【００２０】
実施例４：
【００２１】
本発明の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法は、
反応器に５０ｍＬの０．０８ｍｏｌ／Ｌのレゾルシノール水溶液と、２０ｍＬの０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム溶液とを添加し、そして、質量濃度が９５ｇ／Ｌの低重合度パラホルムアルデヒド水溶液を添加し、撹拌混合し、４０℃に加熱した後、低分子量のフェノールホルムアルデヒド樹脂プレポリマーを得て、そして０．０８ｍｏｌ／Ｌのアンモニア水を２０ｍＬ添加し、１００℃まで温度を上昇させて２４ｈ重合させ、反応後に得た樹脂ミクロスフェアを脱イオン水で洗浄し、そして１２０℃の定温乾燥箱内で５ｈ乾燥し、ナノ高分子球を得るステップ１と、
前記ナノ高分子球をエタノールに添加して２０ｍｇ／Ｌの混合物を得て、そして前記ナノ高分子球の質量の２％の銀ナノワイヤーを添加し、０．０４ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀溶液を２ｍＬ添加し、室温で１８０Ｗの超音波出力で１５ｍｉｎ超音波し、その後前記混合物を７０℃で１２ｈ濃縮還流反応させ、３〜５回の水洗いとエタノール溶脱の後に真空乾燥し、銀ナノワイヤーのナノ高分子球を得るステップ２と、
前記銀ナノワイヤーのナノ高分子球を管状炉に置き、窒素ガス環境において１℃／ｍｉｎの加熱率で３００℃まで温度を上げた後に１５℃／ｍｉｎの加熱率で６００℃まで温度を上げ、そして６００℃で２ｈ保温する。室温まで冷却した後に、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料を得るステップ３と、
を含む。
【００２２】
実施例５：
【００２３】
本発明の銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法は、
反応器に５０ｍＬの０．１０ｍｏｌ／Ｌのレゾルシノール水溶液と、２０ｍＬの０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム溶液とを添加し、そして、質量濃度が１００ｇ／Ｌの低重合度パラホルムアルデヒド水溶液を添加し、撹拌混合し、４０℃に加熱した後、低分子量のフェノールホルムアルデヒド樹脂プレポリマーを得て、そして０．１０ｍｏｌ／Ｌのアンモニア水を２０ｍＬ添加し、１００℃まで温度を上昇させて２４ｈ重合させ、反応後に得た樹脂ミクロスフェアを脱イオン水で洗浄し、そして１２０℃の定温乾燥箱内で５ｈ乾燥し、ナノ高分子球を得るステップ１と、
前記ナノ高分子球をエタノールに添加して２０ｍｇ／Ｌの混合物を得て、そして前記ナノ高分子球の質量の２％の銀ナノワイヤーを添加し、０．０５ｍｏｌ／Ｌの硝酸銀溶液を２０ｍＬ添加し、室温で２００Ｗの超音波出力で１５ｍｉｎ超音波し、その後前記混合物を７０℃で１２ｈ濃縮還流反応させ、３〜５回の水洗いとエタノール溶脱の後に真空乾燥し、銀ナノワイヤーのナノ高分子球を得るステップ２と、
前記銀ナノワイヤーのナノ高分子球を管状炉に置き、窒素ガス環境において１℃／ｍｉｎの加熱率で３００℃まで温度を上げた後に１５℃／ｍｉｎの加熱率で６００℃まで温度を上げ、そして６００℃で２ｈ保温する。室温まで冷却した後に、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料を得るステップ３と、
を含む。
【００２４】
電気化学性能テスト：
【００２５】
実施例１〜５において得る銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料と、アセチレンブラックと、ポリテトラフルオロエチレンと、を８：１：１の質量比例で秤取してメノー乳鉢に置き、適量のエタノールを滴加し、均一に研磨した後に、ニッケルフォームに塗布してから乾燥箱に置いて５０℃で２ｈ乾燥し、そして磁極片を取り出してローラープレス機でプレスした後に、５０℃で１ｈ乾燥して、ボタン電池プレス機でプレスして電気二重層コンデンサの電極とし、得た磁極片を対称形電気二重層コンデンサに組み立て、ポリプロピレン微細孔膜を隔膜とし、６ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ溶液を電解液とし、対称形電気二重層コンデンサに組み立て、２４ｈ静置してその電気化学性能をテストする。テスト結果は表１に示す。また、実施例１で得る銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料から組み立てられる対称形電気二重層コンデンサが異なる電圧ウィンドウにおいてのサイクリックボルトアンペアをテストし、テスト結果は図２に示す。
【００２６】
【表１】
0006810841.tif 000002
【００２７】
実施例からわかるように、本発明の方法によって作成される銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料は、コンデンサの電圧ウィンドウが大きく、大電流密度でも大きい比電気容量を維持でき、且つ長時間に使用しても比電気容量の減衰が極めて小さく、良好な応用展望を有する。
【要約】      （修正有）【課題】内部抵抗の低い銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の作製方法提供する。【解決手段】作製方法は、ナノ高分子球を得るステップ１と、銀ナノワイヤーのナノ高分子球を得るステップと、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料を得るステップと、を含み、窒素ガス環境において１℃／ｍｉｎの加熱率で３００℃まで温度を上げた後に１５℃／ｍｉｎの加熱率で６００℃まで温度を上げ、そして６００℃で２ｈ保温する。その後、室温まで冷却した後に、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料を得る。【効果】方法は、従来の電極材料の電気抵抗が大きい問題を解決し、銀ナノワイヤーをカーボンナノボールと組み合わせ、銀ナノワイヤーと、カーボンナノボールに負荷の銀イオンとを互いに対し作用させることで、銀ナノワイヤーのカーボンナノボール電極材料の電気容量を増大させる。【選択図】なし【図１】
0006810841.tif 000003
【図２】
0006810841.tif 000004