一種超級電容器用活性炭的制備方法與流程

本發明涉及多孔炭材料
技術領域：
，特別涉及一種超級電容器用活性炭的制備方法。
背景技術：
：超級電容器是一種介于蓄電池和傳統電容器之間、基于電極電解液界面的電化學過程的儲能元件，其容量來源于雙電層電容和法拉第準電容，它兼有普通電容器功率密度大和蓄電池能量密度高的特點，具有優異的連續快速充放電性能、循環壽命長、功率密度高、使用溫度范圍寬、對環境友好等優點。超級電容器在許多領域都有廣泛的應用前景，如移動通信、信息技術、航空航天、國防科技、民用領域或單獨用于調整電負荷、貯存電力，或與燃料電池、太陽能電池、風力發電、內燃機等產生電能的裝置混合使用。目前越來越多的研究關注的提高超級電容器的電化學性能，尤其提高其比電容、充放電循環性能等。目前的研究表明，超級電容器的電極材料是制約其性能的關鍵因素之一，而活性炭材料具有的大的比表面積、高的中孔率、低的電阻率、化學性能穩定、孔結構可控、價格低廉、來源廣泛等優點，使其作為超級電容器的理想電極材料。因此，如何制備出比表面積大、中孔率高、總孔容大的活性炭材料對提高超級電容器的電化學性能具有至關重要的作用。活性炭制備原料來源豐富、價格低廉，廣泛應用于吸附、分離、提純、催化以及儲能等領域。目前商用活性炭比表面積較小，且主要由微孔組成，僅含有少量的中孔和大孔，然而用作分離大分子物質的吸附劑、催化劑載體以及電化學電容器電極材料等需要具有較大的比表面積和較高的中孔率。因此，本發明通過研究優化制備工藝技術參數，使得活性炭材料具有很好的性質。技術實現要素：鑒以此，本發明提出一種超級電容器用活性炭的制備方法，解決比表面積小、中孔率低和產率低的問題，提供一種同時具有高比表面積、高中孔率和高產率的活性炭制備方法。本發明的技術方案是這樣實現的：一種超級電容器用活性炭的制備方法，包括以下步驟：(1)備料：將椰殼、椰肉粉碎，用振動篩篩選成粉末。(2)炭化：將粉末置于通有惰性氣體的管式爐中，以8～12℃/min升溫速率升溫至400～500℃，并保溫30～150min，得炭化材料。(3)預活化：將步驟(2)中的炭化材料與koh進行混合研磨，將研磨好的混合粉末置于通有惰性氣體的管式爐中，以8～12℃/min升溫速率升溫至350～400℃并保溫30～90min。(4)活化：將預活化后的混合粉末再升溫至900～1000℃，并保溫30～150min，并在惰性氣體的氣氛下自熱冷卻至室溫，得活化材料。(5)洗滌：將步驟(4)中活化材料，先在去離子水中清洗，再用酸溶液浸泡清洗至中性，在溫度為100～120℃下干燥烘干，得活性炭，所述活性炭的比表面積為3700～3900m2/g、總孔容積為2.5～2.7cm3/g、中孔率為45～55％。優選地，一種超級電容器用活性炭的制備方法，包括以下步驟：(1)備料：將椰殼、椰肉粉碎，用振動篩篩選成粉末。(2)炭化：將粉末置于通有惰性氣體的管式爐中，以10℃/min升溫速率升溫至430℃，并保溫90min，得炭化材料。(3)預活化：將步驟(2)中的炭化材料與koh進行混合研磨，將研磨好的混合粉末置于通有惰性氣體的管式爐中，以10℃/min升溫速率升溫至360℃并保溫60min。(4)活化：將預活化后的混合粉末再升溫至900～1000℃，并保溫30～150min，并在惰性氣體的氣氛下自熱冷卻至室溫，得活化材料。(5)洗滌：將步驟(4)中活化材料，先在去離子水中清洗，再用酸溶液浸泡清洗至中性，在溫度為110℃下干燥烘干，得活性炭，所述活性炭的比表面積為3828m2/g、總孔容積為2.581cm3/g、中孔率為49％。優選地，所述步驟(1)中，振動篩的目數為100～120目。優選地，所述惰性氣體為n2。優選地，所述步驟(3)中，炭化材料與koh按照質量比為1:1～4進行混合研磨。優選地，所述步驟(5)中，酸溶液為2％的hcl溶液。與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明公開了一種應用于超級電容器中的具有高比表面積和中孔率高的活性炭的制備方法。該制備方法采用koh化學活化的方法，在炭堿比1：1～4的條件下通過改變活化溫度來調節活性炭的比表面積和中孔率，比表面積達4000m2/g、中孔率達50％、產率達50％。該活性炭擁有較高的比表面積、高中孔率和高產率，高的比表面積為電解液提供多的吸附點，從而提高了雙電層電容器的比電容，此外擁有高的中孔率，可以為電解液的迅速擴散提供通道，使電容器在大電流充放電下有好的倍率性能，高的產率能節約能源，充分利用原材料。本發明制備方法中的活化條件溫和、耗能小，對環境無污染，操作方便，原材料來源廣泛，成本低，適合大規模工業化生產。附圖說明圖1為所述活性炭在活化溫度900℃、920℃和950℃下的n2等溫吸脫附曲線圖；圖2為所述活性炭在活化溫度900℃下的孔徑分布圖；圖3為所述活性炭在活化溫度920℃下的孔徑分布圖；圖4為所述活性炭在活化溫度950℃下的孔徑分布圖。具體實施方式為了更好理解本發明技術內容，下面提供具體實施例，做進一步的說明。實施例1一種超級電容器用活性炭的制備方法，包括以下步驟：(1)備料：將椰殼、椰肉粉碎，用目數為100目的振動篩篩選成粉末。(2)炭化：將粉末置于通有n2的管式爐中，以10℃/min升溫速率升溫至430℃，保溫30min，得炭化材料。(3)預活化：將步驟(2)中的2g炭化材料與8gkoh進行混合研磨按照質量比1:4，將研磨好的混合粉末置于通有惰性氣體n2的管式爐中，以8℃/min升溫速率升溫至350℃并保溫30min。(4)活化：將預活化后的混合粉末再升溫至900℃，并保溫30min，并在惰性氣體n2的氣氛下自熱冷卻至室溫，得活化材料。(5)洗滌：將步驟(4)中活化材料，先在去離子水中清洗，再用2％的hcl溶液浸泡清洗至中性，在溫度為110℃下干燥烘干，得活性炭。實施例2一種超級電容器用活性炭的制備方法，包括以下步驟：(1)備料：將椰殼、椰肉粉碎，用目數為100目的振動篩篩選成粉末。(2)炭化：將粉末置于通有n2的管式爐中，以10℃/min升溫速率升溫至430℃，保溫90min，得炭化材料。(3)預活化：將步驟(2)中的2g炭化材料與8gkoh按照質量比1:4進行混合研磨，將研磨好的混合粉末置于通有惰性氣體n2的管式爐中，以12℃/min升溫速率升溫至400℃并保溫90min。(4)活化：將預活化后的混合粉末再升溫至1000℃，并保溫150min，并在惰性氣體n2的氣氛下自熱冷卻至室溫，得活化材料。(5)洗滌：將步驟(4)中活化材料，先在去離子水中清洗，再用2％的hcl溶液浸泡清洗至中性，在溫度為110℃下干燥烘干，得活性炭。實施例3一種超級電容器用活性炭的制備方法，包括以下步驟：(1)備料：將椰殼、椰肉粉碎，用目數為100目的振動篩篩選成粉末。(2)炭化：將粉末置于通有n2的管式爐中，以10℃/min升溫速率升溫至430℃，并保溫90min，得炭化材料。(3)預活化：將步驟(2)中的2g炭化材料與8gkoh按照質量比1:4進行混合研磨，將研磨好的混合粉末置于通有惰性氣體n2的管式爐中，以10℃/min升溫速率升溫至360℃并保溫60min。(4)活化：將預活化后的混合粉末再升溫至950℃，并保溫60min，并在惰性氣體n2的氣氛下自熱冷卻至室溫，得活化材料。(5)洗滌：將步驟(4)中活化材料，先在去離子水中清洗，再用2％的hcl溶液浸泡清洗至中性，在溫度為110℃下干燥烘干，得活性炭。實施例1～3制備的活性炭的參數如下表1所示：見圖1本發明通過900℃、920℃和950℃的活化溫度下制備活性炭，其n2等溫吸脫附曲線數值如下表2所示表2：為了進一步驗證本發明的有益效果，做了以下實驗：一、設置對比例1：參考申請號201610302176.1的說明書中活性炭的制備方法及表3數據。組別比表面積(m2/g)中孔率(％)對比例1289830實施例1370050實施例2382849實施例3376251由此可知，本發明通過改進工藝，改變炭化、預活化和活化等工藝使得活性炭具有高的比表面積和高中孔率，相比于對比例較高，使得活性炭具有良好的化學性質。設置對比例2該對比例與實施例3的區別在于：所述步驟(2)中炭化溫度為720℃。設置對比例3該對比例與實施例3的區別在于：所述步驟(3)中未進行預活化。設置對比例4該對比例與實施例3的區別在于：所述步驟(4)中活化溫度為850℃。設置對比例5該對比例與實施例3的區別在于：所述步驟(2)中炭化溫度為750℃，所述步驟(4)中活化溫度為850℃。其實驗結果如下表4所示：由上表可知，本發明通過研究改變炭化條件、預活化條件和活化條件，使得制備的活性炭具有高比表面積、高中孔率和高產率，相對于對比例具有很好的化學性質。綜上所述，采用本發明所提供的一種應用于超級電容器中的具有高比表面積和中孔率高的活性炭的制備方法。該制備方法采用koh化學活化的方法，在炭堿比1：1～4的條件下通過改變活化溫度來調節活性炭的比表面積和中孔率，比表面積達4000m2/g、中孔率達50％、產率達50％。該活性炭擁有較高的比表面積、高中孔率和高產率，高的比表面積為電解液提供多的吸附點，從而提高了雙電層電容器的比電容，此外擁有高的中孔率，可以為電解液的迅速擴散提供通道，使電容器在大電流充放電下有好的倍率性能，高的產率能節約能源，充分利用原材料。本發明制備方法中的活化條件溫和、耗能小，對環境無污染，操作方便，原材料來源廣泛，成本低，適合大規模工業化生產。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁12