一種舊隔膜回收制備超級(jí)電容器用活性炭的方法及制得的活性炭在超級(jí)電容器的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體涉及一種舊隔膜回收制備超級(jí)電容器用活性炭的方法及制得的活性炭在超級(jí)電容器的應(yīng)用，屬于活性炭及超級(jí)電容器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器是一種具有百萬(wàn)次壽命、高比能、超大功率、超快充電的新型儲(chǔ)能器件，屬于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是新能源領(lǐng)域新型高效能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵儲(chǔ)能器件，因此超級(jí)電容器被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車、儲(chǔ)能式現(xiàn)代無(wú)軌電車、風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車、油田、港口機(jī)械等領(lǐng)域。超級(jí)電容器的百萬(wàn)次使用壽命，使得其使用年限達(dá)10-20年，然而在10年以后，其必然面臨怎樣解決超級(jí)電容器回收的問(wèn)題。超級(jí)電容器主要是由電極材料(碳粉和集流體)、電解液和隔膜組裝而成。目前，關(guān)于電極材料和電解液的回收已經(jīng)有所研究，如中國(guó)專利申請(qǐng)文件(申請(qǐng)?zhí)?201410150312.0)公開(kāi)了一種超級(jí)電容器電極材料的回收方法。卻鮮少有關(guān)于超級(jí)電容器隔膜的回收再利用方法的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提共一種制備過(guò)程簡(jiǎn)單，環(huán)境污染小，并且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的舊隔膜回收制備超級(jí)電容器用活性炭的方法，且制得的活性炭具有高比表面積和發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)，將制得的活性炭應(yīng)用在超級(jí)電容器中，具有高比電容。
[0004]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種舊隔膜回收制備超級(jí)電容器用活性炭的方法，所述的方法包括如下步驟:
[0005](1)拆開(kāi)超級(jí)電容器，分離電極、電解液和隔膜，將隔膜浸泡在水中，并攪拌10-120min，然后過(guò)濾，取出濾餅干燥，得到預(yù)處理隔膜；
[0006](2)將預(yù)處理隔膜置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下以1-15°C /min的升溫速度升至700-1000°C，保溫l_5h，然后停止供應(yīng)氮?dú)馇袚Q通入活化氣體活化0.5-4h，然后將活化氣體切換為氮?dú)?，并自然降溫到室溫，得到比表面積高于2000m2/g的活性炭；
[0007]本發(fā)明先通氮?dú)獬M反應(yīng)爐內(nèi)的空氣，防止隔膜燃燒，且從常溫到700°C是隔膜的炭化過(guò)程，即形成碳粉的過(guò)程，然后通活化氣體，利用活化氣體對(duì)碳粉進(jìn)行刻蝕造孔，進(jìn)而形成活性炭。在本發(fā)明中，若溫度低于700°C，活化氣體的活化能較少，不利于活化造孔，而若溫度高于1000°C，活化氣體的活化性能太高，反而導(dǎo)致活性炭產(chǎn)率偏低。
[0008]在上述舊隔膜回收制備超級(jí)電容器用活性炭的方法中，步驟(1)中所述的隔膜為纖維素紙或聚丙烯膜。
[0009]在上述舊隔膜回收制備超級(jí)電容器用活性炭的方法中，步驟(2)中所述的活化氣體為水蒸汽或co2。
[0010]作為優(yōu)選，通入水蒸汽的流量為0.3-lL/min。
[0011]作為優(yōu)選，通入C02的流量為0.2-3L/min。
[0012]活化氣體的流量是影響生成活性炭的產(chǎn)率、比表面積和孔徑分布的重要因素，進(jìn)而影響超級(jí)電容器的性能。若活化氣體的流量過(guò)高，活性炭的產(chǎn)率偏低，孔徑的孔道較寬，電容器比電容偏低；若活化氣體的流量過(guò)低，活性炭的比表面積偏小，電容器比電容偏低。
[0013]本發(fā)明還涉及一種上述舊隔膜回收制得的活性炭在超級(jí)電容器的應(yīng)用，用上述舊隔膜回收制備超級(jí)電容器用活性炭的方法制得活性炭；
[0014]將活性炭與導(dǎo)電炭黑、粘結(jié)劑按照質(zhì)量比為7-9:1-2:1的比例混合，并加入純水，攪拌均勻得漿料，然后將漿料涂覆在導(dǎo)電鋁箔表面，經(jīng)干燥得到電極；
[0015]將電極經(jīng)碾壓、分切、沖切后，制得電極片半成品，然后將電極片半成品置于真空干燥箱內(nèi)干燥，得電極片成品；
[0016]以纖維素紙為隔膜，將2個(gè)電極片成品正對(duì)放置，再以有機(jī)電解液為媒介，裝配成超級(jí)電容器。
[0017]上述舊隔膜回收制得的活性炭具有高比表面積和優(yōu)化的孔徑分布，將其用在超級(jí)電容器中可進(jìn)一步提高超級(jí)電容器的比電容。
[0018]在上述活性炭在超級(jí)電容器的應(yīng)用中，所述的粘結(jié)劑為聚四氟乙烯(PTFE)或丁苯橡膠(SBR)。上述粘結(jié)劑有利于活性炭粘結(jié)于集流體即鋁箔，且非常牢固，進(jìn)而有利于提高超級(jí)電容的循環(huán)壽命。
[0019]在上述活性炭在超級(jí)電容器的應(yīng)用中，所述的電解液為:0.8-1.2M TEABF4的乙腈溶液(TEABF4/AN)或0.8-1.2M SBPBF4的乙腈溶液(SBPBF4/AN)。本發(fā)明采用的電解液屬于有機(jī)型電解液，其耐高電壓，能有效增加超級(jí)電容的循環(huán)壽命。
[0020]其中，TEABF4S四氟硼酸四乙基錢，AN為乙腈，SBPBF 4為spiro-(1, 1' ) -bipyrrolidinium tetrafluoroborate，即螺-(1，1，)二P比略燒鐵的四氣化硼酸鹽。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:
[0022]1)、本發(fā)明回收舊隔膜并用舊隔膜制備超級(jí)電容器用活性炭的方法不僅有效地回收隔膜，且在制備過(guò)程中無(wú)需添加任何輔助試劑，還可制得高比表面積活性炭。
[0023]2)、本發(fā)明舊隔膜回收再利用的工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境污染小，可控以及易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0024]3)、本發(fā)明用回收舊隔膜制得的活性炭制備超級(jí)電容器，具有高的比電容。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為實(shí)施例1所制得的活性炭的掃描電子顯微鏡照片。
[0026]圖2為實(shí)施例1所制得的活性炭的高倍率透射顯微鏡照片。
[0027]圖3為應(yīng)用實(shí)施例1所制得的超級(jí)電容器的倍率性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例結(jié)合【附圖說(shuō)明】，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
[0029]實(shí)施例1
[0030]將超級(jí)電容器拆開(kāi)分離電極、電解液和隔膜，將分離出的隔膜浸泡于水中，并采用強(qiáng)力攪拌機(jī)攪拌120min，然后過(guò)濾，取其濾餅干燥，得到預(yù)處理隔膜。
[0031]將預(yù)處理隔膜置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下以5°C /min的升溫速度升至800°C，保溫5h，然后停止供應(yīng)氮?dú)獠⒁?.4L/min的流量通入水蒸汽，活化4h，然后將水蒸汽切換為氮?dú)?，并自然降溫到室溫，得到比表面積高于2320m2/g的活性炭。
[0032]實(shí)施例2
[0033]將超級(jí)電容器拆開(kāi)分離電極、電解液和隔膜，將分離出的隔膜浸泡于水中，并采用強(qiáng)力攪拌機(jī)攪拌20min，然后過(guò)濾，取其濾餅干燥，得到預(yù)處理隔膜。
[0034]將預(yù)處理隔膜置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下以2°C /min的升溫速度升至1000°C，保溫lh，然后停止供應(yīng)氮?dú)獠⒁詌L/min的流量通入C02，活化0.5h，然后將0)2切換為氮?dú)?，并自然降溫到室溫，得到比表面積高于2261m2/g的活性炭。
[0035]實(shí)施例3
[0036]將超級(jí)電容器拆開(kāi)分離電極、電解液和隔膜，將分離出的隔膜浸泡于水中，并采用強(qiáng)力攪拌機(jī)攪拌lOOmin，然后過(guò)濾，取其濾餅干燥，得到預(yù)處理隔膜。
[0037]將預(yù)處理隔膜置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下以8°C /min的升溫速度升至760°C，保溫5h，然后停止供應(yīng)氮?dú)獠⒁?.7L/min的流量通入C02，活化3h，然后將C02切換為氮?dú)猓⒆匀唤禍氐绞覝?，得到比表面積高于2541m2/g的活性炭。
[0038]實(shí)施例4
[0039]將超級(jí)電容器拆開(kāi)分離電極、電解液和隔膜，將分離出的隔膜浸泡于水中，并采用強(qiáng)力攪拌機(jī)攪拌lOOmin，然后過(guò)濾，取其濾餅干燥，得到預(yù)處理隔膜。
[0040]將預(yù)處理隔膜置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下以9°C /min的升溫速度升至890°C，保溫5h，然后停止供應(yīng)氮?dú)獠⒁?.8L/min的流量通入水蒸汽，活化lh，然后將水蒸汽切換為氮?dú)?