一種超級電容器用高性能多孔碳電極材料的制備方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于新型碳材料領(lǐng)域，特別涉及一種電極材料的制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】超級電容器作為一種重要的儲能裝置，填補了傳統(tǒng)電容器和電池之間的空白。由于其高功率密度和長循環(huán)壽命使其在很多領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力，例如電動汽車，噴氣飛機的安全門，脈沖激光，起重機及消費電子等。
[0003]雙電層超級電容器的儲能是由電解液離子在導(dǎo)電多孔材料表面(主要為多孔碳)的吸附?jīng)Q定的。因此，在超級電容器中，作為電極的碳材料的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)對超級電容器的電化學(xué)性能是至關(guān)重要的。例如大的比表面積為超級電容器提供了一個高的能量密度，而合適的微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)可以極大地改善電容器的功率特性。因此，制備出廉價的具有高比表面積和微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的多孔碳作為超級電容器電極材料，對于超級電容器的發(fā)展至關(guān)重要。為了合成出高比表面積、微中孔復(fù)合的多孔碳，許多研宄者已做了大量的研宄探索。但是，已有多孔炭材料尚不能很好滿足高性能超級電容器電極材料的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種合成工藝簡單、活化劑用量低、制備的電極材料具有超高比表面積的超級電容器用多孔碳電極材料的制備方法。本發(fā)明主要是以生產(chǎn)大豆植物油時的副產(chǎn)物一豆柏為原料，通過對其碳化、球磨和活化，進而得到具有高比表面積和微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的超級電容器用多孔碳電極材料。
[0005]本發(fā)明的制備方法如下:
[0006](I)豆柏的低溫碳化:將原料豆柏放入烘箱，在120°C條件下烘干8小時，再將干燥所得原料豆柏置入碳化爐中并在氮氣保護環(huán)境、300?600°C下進行I小時碳化，獲得豆柏的低溫碳化產(chǎn)物。
[0007](2)低溫碳化產(chǎn)物與活化劑的球磨處理:將步驟(I)豆柏的低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑按1:1?4的質(zhì)量比例混合，置入不銹鋼球磨罐中，以球料10:1的比例進行I小時振動球磨處理，獲得豆柏低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑的球磨態(tài)混合粉體。
[0008](3)球磨態(tài)混合粉體的活化處理:將步驟(2)所獲球磨態(tài)混合粉體置于鎳坩禍中；將該鎳坩禍放入不銹鋼管式爐中進行活化?；罨瘲l件為:將管式爐抽真空至IPa后通入氬氣，在氬氣流保護下升溫至600?900°C并保溫活化I?2小時。待冷卻后將活化后的產(chǎn)物從鎳坩禍中取出、用濃度為10%鹽酸浸泡24h，之后再用去離子水洗滌至中性并烘干，即獲得具有高比表面積和微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的超級電容器用多孔碳電極材料。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0010]1、原料來源廉價豐富，合成工藝簡單、效率高和活化劑用量低。
[0011]2、所制備的多孔碳材料具有2000?4000 Hl2 /g的超高比表面積，同時兼具了微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)，是超級電容器的理想電極材料。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例1?3所獲碳材料的比表面積測試結(jié)果；
[0013]圖2為本發(fā)明實施例1?3所獲碳材料的孔徑分布圖；
[0014]圖3為本發(fā)明實施例1?3所獲碳材料作為電極在有機電解液中的比電容測試結(jié)果O
【具體實施方式】
[0015]實施例1
[0016]將原料豆柏放入烘箱，在120°C條件下烘干8小時。接下來再將干燥所得原料置入碳化爐中并在氮氣保護環(huán)境、400°C下進行I小時碳化，獲得豆柏的低溫碳化產(chǎn)物；將上述豆柏的低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑按1:1的質(zhì)量比例混合，置入不銹鋼球磨罐中，以不銹鋼球為磨球并以球料10:1的比例進行I小時振動球磨處理，獲得豆柏低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑的球磨態(tài)混合粉體；將上述球磨態(tài)混合粉體置于鎳坩禍中，再將該鎳坩禍放入不銹鋼管式爐中進行活化，將管式爐抽真空至IPa后通入氬氣，在氬氣流保護下升溫至800°C并保溫活化I小時，待冷卻后將活化后的產(chǎn)物從鎳坩禍中取出、用10%鹽酸浸泡24h后，用去離子水洗滌至中性并烘干，即獲得具有高比表面積和微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的超級電容器用多孔碳電極材料。
[0017]通過比表面積及孔徑分布測試結(jié)果表明，所制備的多孔碳主要為微孔結(jié)構(gòu)并伴有少量的中孔，比表面積可達2000 m2 /g ；以此材料作為超級電容器的電極材料在有機電解液中獲得了 120F/g的比電容，可與目前的高比表面積活性炭相媲美。(如圖1-圖3所示。)
[0018]實施例2
[0019]將原料豆柏放入烘箱，在120°C條件下烘干8小時，再將干燥所得原料置入碳化爐中并在氮氣保護環(huán)境、600°C下進行I小時碳化，獲得豆柏的低溫碳化產(chǎn)物；將上述豆柏的低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑按1:4的質(zhì)量比例混合，置入不銹鋼球磨罐中，以不銹鋼球為磨球并以球料10:1的比例進行I小時振動球磨處理，獲得豆柏低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑的球磨態(tài)混合粉體；將上述所獲球磨態(tài)混合粉體置于鎳坩禍中，再將該鎳坩禍放入不銹鋼管式爐中進行活化，將管式爐抽真空至IPa后通入氬氣，在氬氣流保護下升溫至900°C并保溫活化I小時，待冷卻后將活化后的產(chǎn)物從鎳坩禍中取出、用10%鹽酸浸泡24h后，用去離子水洗滌至中性并烘干，即獲得具有高比表面積和微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的超級電容器用多孔碳電極材料。
[0020]通過比表面積及孔徑分布測試結(jié)果表明，所制備的多孔碳為典型的微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)，且比表面積高達3500 m2 /g ；以此材料作為超級電容器的電極材料在有機電解液中獲得了高達210F/g的比電容。(如圖1-圖3所示。)
[0021]實施例3
[0022]將原料豆柏放入烘箱，在120°C條件下烘干8小時。接下來再將干燥所得原料置入碳化爐中并在氮氣保護環(huán)境、300°C下進行I小時碳化，獲得豆柏的低溫碳化產(chǎn)物；將上述豆柏的低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑按1:3的質(zhì)量比例混合，置入不銹鋼球磨罐中，以不銹鋼球為磨球并以球料10:1的比例進行I小時振動球磨處理，獲得豆柏低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑的球磨態(tài)混合粉體；將上述所獲球磨態(tài)混合粉體置于鎳坩禍中；再將該鎳坩禍放入不銹鋼管式爐中進行活化，將管式爐抽真空至IPa后通入氬氣，在氬氣流保護下升溫至600°C并保溫活化2小時，待冷卻后將活化后的產(chǎn)物從鎳坩禍中取出、用10%鹽酸浸泡24h后，用去離子水洗滌至中性并烘干，即獲得本發(fā)明的具有高比表面積和微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的超級電容器用多孔碳電極材料。
[0023]由比表面積及孔分布測試結(jié)果可知，本實施例的比表面積均高于實施例1及例2，達到4000 Hf /g，且具有與實施例2相似的微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)。用本實施例制備的多孔碳作為超級電容器電極材料在有機電解液中獲得了 250F/g的比電容。(如圖1-圖3所示。)
【主權(quán)項】
1.一種超級電容器用高性能多孔碳電極材料的制備方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: (1)豆柏的低溫碳化:將原料豆柏放入烘箱，在120°c條件下烘干8小時，再將干燥所得原料豆柏置入碳化爐中并在氮氣保護環(huán)境、300?600°C下進行I小時碳化，獲得豆柏的低溫碳化產(chǎn)物； (2)低溫碳化產(chǎn)物與活化劑的球磨處理:將步驟⑴豆柏的低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑按1:1?4的質(zhì)量比例混合，置入不銹鋼球磨罐中，以球料10:1的比例進行I小時振動球磨處理，獲得豆柏低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑的球磨態(tài)混合粉體； (3)球磨態(tài)混合粉體的活化處理:將步驟(2)所獲球磨態(tài)混合粉體置于鎳坩禍中；將該鎳坩禍放入不銹鋼管式爐中進行活化，活化條件為:將管式爐抽真空至IPa后通入氬氣，在氬氣流保護下升溫至600?900°C并保溫活化I?2小時，待冷卻后將活化后的產(chǎn)物從鎳坩禍中取出、用濃度為10%鹽酸浸泡24h后，用去離子水洗滌至中性并烘干，即獲得具有高比表面積和微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的超級電容器用多孔碳電極材料。
【專利摘要】一種超級電容器用高性能多孔碳電極材料的制備方法，其主要是將原料豆粕烘干后置入碳化爐中300～600℃下進行1小時碳化，將豆粕的低溫碳化產(chǎn)物與KOH活化劑按1:1～4的質(zhì)量比例混合后，進行1小時振動球磨處理，將獲得的球磨態(tài)混合粉體置于鎳坩堝放入不銹鋼管式爐中進行活化，抽真空在氬氣流保護下升溫至600～900℃保溫活化1～2小時，將冷卻后的產(chǎn)物從鎳坩堝中取出，用濃度為10％鹽酸浸泡24h后，用去離子水洗滌至中性并烘干，即獲得具有高比表面積和微中孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的超級電容器用多孔碳電極材料。本發(fā)明合成工藝簡單、活化劑用量低、制備的多孔碳電極材料具有2000～4000㎡/g的超高比表面積。
【IPC分類】H01G11-44, C01B31-02
【公開號】CN104760948
【申請?zhí)枴緾N201510193902
【發(fā)明人】張瑞軍, 徐江, 閆朋濤, 靳江龍
【申請人】燕山大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月22日