一種超級電容器用活性炭的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超級電容器用活性炭的制備方法，包括如下步驟：粉碎預先配置的生物質(zhì)材料；將粉碎后的生物質(zhì)材料經(jīng)堿處理，再通過過濾得到前驅(qū)體，以去除掉經(jīng)堿處理后的生物質(zhì)材料中的雜質(zhì)；將前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中進行超聲振動和攪拌，再通過過濾得到改性前驅(qū)體；將所述改性前驅(qū)體進行加熱，使所述改性前驅(qū)體進行預活化；在所述改性前驅(qū)體中加入堿的氫氧化物，并加熱活化。該制備方法工藝簡單，解決了碳材料孔隙分布不均的問題，使碳材料的結(jié)構(gòu)一致性提高；制備出的碳材料孔豐富、比表面積高、電容特性優(yōu)異，顯著提高了超級電容器容量和高倍率充放電性能，循環(huán)性好，延長了超級電容器壽命，具有很好的經(jīng)濟性和適應性。
【專利說明】
一種超級電容器用活性炭的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電極材料制備領域，特別涉及一種超級電容器用活性炭的制備方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]近幾年發(fā)展起來的超級電容器，既具有傳統(tǒng)物理電容的高比功率和循環(huán)性，又具有化學電源的高比能量特性，所以，它既能滿足要求高比功率的使用條件，又能滿足要求高比能量的使用條件。由于超級電容器具有優(yōu)良的脈沖充放電性能以及傳統(tǒng)物理電容所不具有的大容量儲能性能，在高能脈沖激光器的應用已經(jīng)引起了人們的廣泛關注。同時，因其存儲能量大，質(zhì)量輕，可無限次充放電而被人們用作計算機系統(tǒng)和無限電通訊設備的備用電源。隨著環(huán)保型電動汽車研究的興起，超級電容器可以獨立或與二次電池(如鉛酸電池或鋰離子電池)組合作為電動汽車的電源系統(tǒng)，具有十分廣泛的應用前景。
[0004]在超級電容器的各種電極材料中，價格低廉的活性炭材料是應用最廣泛也是技術最成熟的一類?；钚蕴坎牧暇哂袃?yōu)良的導熱性能和導電性能，其密度低，抗化學腐蝕性能好，熱膨脹系數(shù)小，彈性模量不高。可通過不同方法制得粉末、塊狀、纖維、布等多種形態(tài)，同時還擁有多種同素異形體(如石墨、金剛石、富勒烯)，也可因石墨化程度的不同而具有不同的空間結(jié)構(gòu)，故被廣泛用于電化學領域作電極材料。
[0005]經(jīng)檢索，現(xiàn)有技術中公開有一種以石油焦為原料，經(jīng)過研磨，以氫氧化鉀為活化劑制備超級電容器用活性炭;還公開有一種以杏殼、桃殼等硬質(zhì)果殼或玉米芯為原料，以一定量磷酸為活化劑，磷酸二氫鉀或磷酸二氫鈉為擴孔劑制備比電容量達200F/g的活性炭;還公開有一種以淀粉(氧化交聯(lián)淀粉、玉米陽離子淀粉、接枝共聚淀粉、可溶性淀粉或木薯淀粉)為原料，氫氧化鉀為活化劑生產(chǎn)超級電容器用活性炭的方法。
[0006]但是上述方法制備出的活性炭比表面積和電容量都較低，碳材料孔隙分布不均勻，會影響超級電容器的使用壽命，需進一步提高其性能。
[0007]所以，研制出一種能夠提高活性炭比表面積、和電容量的活性炭制備方法，是業(yè)內(nèi)人士急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供一種超級電容器用活性炭的制備方法。該制備方法能夠制備出孔豐富、比表面積高、電容特性優(yōu)異的碳材料，顯著提高了超級電容器容量和高倍率充放電性能。
[0009 ]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案:
一種超級電容器用活性炭的制備方法，包括如下步驟:
粉碎預先配置的生物質(zhì)材料；
將粉碎后的所述生物質(zhì)材料經(jīng)堿處理，再通過過濾得到前驅(qū)體，以去除掉經(jīng)堿處理后的生物質(zhì)材料中的雜質(zhì)；將所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中進行超聲振動和攪拌，再通過過濾得到改性前驅(qū)體；
將所述改性前驅(qū)體進行加熱，使所述改性前驅(qū)體進行預活化；
在所述改性前驅(qū)體中加入堿的氫氧化物，并加熱活化。
[0010]優(yōu)選的，所述生物質(zhì)材料包括有淀粉、木質(zhì)素、玉米芯、稻殼、麥穗、樹木、椰殼、果殼、樹葉或稻桿。
[0011]進一步的，在一個實施例中，用于浸置所述前驅(qū)體的所述氫氧化鉀溶液的濃度為0.01-5 mol/Lo
[0012]進一步的，在一個實施例中，經(jīng)粉碎后的所述生物質(zhì)材料的平均粒度為0.1-0.5
cm0
[0013]進一步的，在一個實施例中，所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中時，經(jīng)頻率為20-50 KHz的超聲振動。
[0014]進一步的，在一個實施例中，所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中時，經(jīng)速率為100-1800 r/min的攪拌。
[0015]進一步的，在一個實施例中，所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中進行超聲振動和攪拌的時間為0.1-72 ho
[0016]進一步的，在一個實施例中，所述改性前驅(qū)體進行預活化時的加熱溫度為100-300°(:或700-900 0C0
[0017]進一步的，在一個實施例中，所述改性前驅(qū)體進行預活化時的加熱時間為0.1-10h0
[0018]有益效果:該制備方法工藝簡單，環(huán)境效益好，預活化時間短，減少能耗;一方面能夠?qū)⒔諚U等生物質(zhì)回收利用，另一方面能夠制備出超級電容器用碳材料，用以解決了碳材料孔隙分布不均的問題，使碳材料的結(jié)構(gòu)一致性提高；制備出的碳材料孔豐富、比表面積高、電容特性優(yōu)異，顯著提高了超級電容器容量和高倍率充放電性能，循環(huán)性好，延長了超級電容器壽命，具有很好的經(jīng)濟性和適應性。
[0019]
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明公開了一種超級電容器用活性炭的制備方法，本領域技術人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當改進工藝參數(shù)實現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的方法及應用已經(jīng)通過較佳實施例進行了描述，相關人員明顯能在不脫離本
【發(fā)明內(nèi)容】
、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和應用進行改動或適當變更與組合，來實現(xiàn)和應用本發(fā)明技術。
[0021]本申請?zhí)峁┝艘环N超級電容器用活性炭的制備方法，包括如下步驟:粉碎預先配置的生物質(zhì)材料;將粉碎后的所述生物質(zhì)材料經(jīng)堿處理，再通過過濾得到前驅(qū)體，以去除掉經(jīng)堿處理后的生物質(zhì)材料中的雜質(zhì);將所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中進行超聲振動和攪拌，再通過過濾得到改性前驅(qū)體;將所述改性前驅(qū)體進行加熱，使所述改性前驅(qū)體進行預活化;在所述改性前驅(qū)體中加入堿的氫氧化物，并加熱活化。優(yōu)選的，所述生物質(zhì)材料包括有淀粉、木質(zhì)素、玉米芯、稻殼、麥穗、樹木、椰殼、果殼、樹葉或秸桿。
[0022]進一步的，在一個實施例中，用于浸置所述前驅(qū)體的所述氫氧化鉀溶液的濃度為0.01-5 mol/Lo
[0023]進一步的，在一個實施例中，經(jīng)粉碎后的所述生物質(zhì)材料的平均粒度為0.1-0.5cm。
[0024]進一步的，在一個實施例中，所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中時，經(jīng)頻率為20-50 KHz的超聲振動。
[0025]進一步的，在一個實施例中，所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中時，經(jīng)速率為100-1800 r/min的攪拌。
[0026]進一步的，在一個實施例中，所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中進行超聲振動和攪拌的時間為0.1-72 ho
[0027]進一步的，在一個實施例中，所述改性前驅(qū)體進行預活化時的加熱溫度為100-300°(:或700-900 0C0
[0028]進一步的，在一個實施例中，所述改性前驅(qū)體進行預活化時的加熱時間為0.1-10h0
[0029]與現(xiàn)有技術中超級電容器用的活性炭相比，本申請中所提出的制備方法制備出來的活性炭具有如下優(yōu)點:
(I)采用生物質(zhì)材料制備碳材料，能夠?qū)⑸镔|(zhì)進行回收利用，工藝簡單，適用性廣泛，經(jīng)濟效益好，環(huán)境效益好。
[0030](2)在預活化階段，將前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液里，通過超聲振動和攪拌的改性方法，相比傳統(tǒng)的直接將前驅(qū)體與氫氧化鉀機械混合的方法具有如下優(yōu)點:
活性炭預活化孔分布均勻，活化后的活性炭比表面積高；
可以大量節(jié)約預活化時間，減少能耗；
制備出的活性炭一致性好，用于制作超級電容器比能量高，循環(huán)性能好。
[0031]
下面結(jié)合實施例，進一步闡述本發(fā)明的技術方案:
實施例1
稱取1g玉米秸桿，放到粉碎機中粉碎，平均粒徑1mm。將粉碎后的玉米秸桿粉末置于含有300ml濃度為0.lmol/L氫氧化鉀溶液中，攪拌20min。過濾洗滌得到純凈生物質(zhì)。將純凈生物質(zhì)置于500ml濃度為lmol/L的氫氧化鉀溶液的燒杯中，超聲波分散25 min，超聲頻率50KHz，攪拌速率為400 r/min，攪拌時間為25 min，過濾洗滌得到堿改性生物質(zhì)。將5g堿改性活性炭放在管式爐中，設置加熱參數(shù)，升溫階段I，升溫速率3°C/min，到150°C，保溫30min，冷卻得到預活化活性炭。用預活化活性炭與氫氧化鉀晶體按100:7的質(zhì)量比混合，放在馬弗爐，升溫至800 V，保溫時間2hο得到活性炭。
[0032]對所制備的碳材料進行電化學測試發(fā)現(xiàn)，制備出比表面積2700m2/g，比容量272g/
F的超級電容器用活性炭。
[0033]
實施例2
稱取1g椰殼，放到粉碎機中粉碎，平均粒徑1mm。將粉碎后的玉米秸桿粉末置于含有300 ml濃度為0.lmol/L氫氧化鉀溶液中，攪拌20min。過濾洗滌得到純凈生物質(zhì)。將純凈生物質(zhì)置于500ml濃度為lmol/L氫氧化鉀溶液的燒杯中，超聲波分散25min，超聲頻率50 KHz,攪拌速率400 r/min，攪拌時間25 min，過濾洗滌得到堿改性生物質(zhì)。將5g堿改性活性炭放在管式爐中，設置加熱參數(shù)，升溫階段1，升溫速率3°C/min，到150°C，保溫30 min，冷卻得到預活化活性炭。用預活化活性炭與氫氧化鉀晶體按100:7的質(zhì)量比混合，放在馬弗爐，升溫至800 0C，保溫時間2h ο得到活性炭。
[0034]對所制備的碳材料進行電化學測試發(fā)現(xiàn)，制備出比表面積2720m2/g，比容量282g/
F的超級電容器用活性炭。
[0035]
實施例3
稱取1g木質(zhì)素，放到粉碎機中粉碎，平均粒徑1mm。將粉碎后的玉米秸桿粉末置于含有300ml濃度為0.lmol/L氫氧化鉀溶液中，攪拌時間20min。過濾洗滌得到純凈生物質(zhì)。將純凈生物質(zhì)置于500 ml濃度為I mol/L氫氧化鉀溶液的燒杯中，超聲波分散時間25min，超聲頻率50KHz，攪拌速率400 r/min，攪拌時間25min，過濾洗滌得到堿改性生物質(zhì)。將5g堿改性活性炭放在管式爐中，設置加熱參數(shù)，升溫階段1，升溫速率3°C/min，到150°C，保溫30 min，冷卻得到預活化活性炭。用預活化活性炭與氫氧化鉀晶體按100: 7的質(zhì)量比混合，放在馬弗爐，升溫至800 V，保溫時間2h ο得到活性炭。
[0036]對所制備的碳材料進行電化學測試發(fā)現(xiàn)，制備出比表面積2710m2/g，比容量275g/
F的超級電容器用活性炭。
[0037]
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種超級電容器用活性炭的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 粉碎預先配置的生物質(zhì)材料； 將粉碎后的所述生物質(zhì)材料經(jīng)堿處理，再通過過濾得到前驅(qū)體，以去除掉經(jīng)堿處理后的生物質(zhì)材料中的雜質(zhì)； 將所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中進行超聲振動和攪拌，再通過過濾得到改性前驅(qū)體； 將所述改性前驅(qū)體進行加熱，使所述改性前驅(qū)體進行預活化； 在所述改性前驅(qū)體中加入堿的氫氧化物，并加熱活化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容器用活性炭的制備方法，其特征在于，所述生物質(zhì)材料包括有淀粉、木質(zhì)素、玉米芯、稻殼、麥穗、樹木、椰殼、果殼、樹葉或秸桿。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超級電容器用活性炭的制備方法，其特征在于，用于浸置所述前驅(qū)體的所述氫氧化鉀溶液的濃度為0.01-5 mo I /L。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超級電容器用活性炭的制備方法，其特征在于，經(jīng)粉碎后的所述生物質(zhì)材料的平均粒度為0.1-0.5 cm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級電容器用活性炭的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中時，經(jīng)頻率為20-50 KHz的超聲振動。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超級電容器用活性炭的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中時，經(jīng)速率為100-1800 r/min的攪拌。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的超級電容器用活性炭的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體浸置在氫氧化鉀溶液中進行超聲振動和攪拌的時間為0.1-72 ho8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超級電容器用活性炭的制備方法，其特征在于，所述改性前驅(qū)體進行預活化時的加熱溫度為100-300 °(:或700-900 °C。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超級電容器用活性炭的制備方法，其特征在于，所述改性前驅(qū)體進行預活化時的加熱時間為0.1-10 ho
【文檔編號】C01B31/12GK105948042SQ201610300981
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】章小康, 瞿志華
【申請人】易電通（北京）儲能科技有限公司