一种超级电容器用活性炭的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种超级电容器用活性炭的制备方法，包括如下步骤：粉碎预先配置的生物质材料；将粉碎后的生物质材料经碱处理，再通过过滤得到前驱体，以去除掉经碱处理后的生物质材料中的杂质；将前驱体浸置在氢氧化钾溶液中进行超声振动和搅拌，再通过过滤得到改性前驱体；将所述改性前驱体进行加热，使所述改性前驱体进行预活化；在所述改性前驱体中加入碱的氢氧化物，并加热活化。该制备方法工艺简单，解决了碳材料孔隙分布不均的问题，使碳材料的结构一致性提高；制备出的碳材料孔丰富、比表面积高、电容特性优异，显著提高了超级电容器容量和高倍率充放电性能，循环性好，延长了超级电容器寿命，具有很好的经济性和适应性。
【专利说明】
一种超级电容器用活性炭的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及电极材料制备领域，特别涉及一种超级电容器用活性炭的制备方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]近几年发展起来的超级电容器，既具有传统物理电容的高比功率和循环性，又具有化学电源的高比能量特性，所以，它既能满足要求高比功率的使用条件，又能满足要求高比能量的使用条件。由于超级电容器具有优良的脉冲充放电性能以及传统物理电容所不具有的大容量储能性能，在高能脉冲激光器的应用已经引起了人们的广泛关注。同时，因其存储能量大，质量轻，可无限次充放电而被人们用作计算机系统和无限电通讯设备的备用电源。随着环保型电动汽车研究的兴起，超级电容器可以独立或与二次电池(如铅酸电池或锂离子电池)组合作为电动汽车的电源系统，具有十分广泛的应用前景。
[0004]在超级电容器的各种电极材料中，价格低廉的活性炭材料是应用最广泛也是技术最成熟的一类。活性炭材料具有优良的导热性能和导电性能，其密度低，抗化学腐蚀性能好，热膨胀系数小，弹性模量不高。可通过不同方法制得粉末、块状、纤维、布等多种形态，同时还拥有多种同素异形体(如石墨、金刚石、富勒烯)，也可因石墨化程度的不同而具有不同的空间结构，故被广泛用于电化学领域作电极材料。
[0005]经检索，现有技术中公开有一种以石油焦为原料，经过研磨，以氢氧化钾为活化剂制备超级电容器用活性炭;还公开有一种以杏壳、桃壳等硬质果壳或玉米芯为原料，以一定量磷酸为活化剂，磷酸二氢钾或磷酸二氢钠为扩孔剂制备比电容量达200F/g的活性炭;还公开有一种以淀粉(氧化交联淀粉、玉米阳离子淀粉、接枝共聚淀粉、可溶性淀粉或木薯淀粉)为原料，氢氧化钾为活化剂生产超级电容器用活性炭的方法。
[0006]但是上述方法制备出的活性炭比表面积和电容量都较低，碳材料孔隙分布不均匀，会影响超级电容器的使用寿命，需进一步提高其性能。
[0007]所以，研制出一种能够提高活性炭比表面积、和电容量的活性炭制备方法，是业内人士急需解决的问题。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明提供一种超级电容器用活性炭的制备方法。该制备方法能够制备出孔丰富、比表面积高、电容特性优异的碳材料，显著提高了超级电容器容量和高倍率充放电性能。
[0009 ]为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案:
一种超级电容器用活性炭的制备方法，包括如下步骤:
粉碎预先配置的生物质材料；
将粉碎后的所述生物质材料经碱处理，再通过过滤得到前驱体，以去除掉经碱处理后的生物质材料中的杂质；将所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中进行超声振动和搅拌，再通过过滤得到改性前驱体；
将所述改性前驱体进行加热，使所述改性前驱体进行预活化；
在所述改性前驱体中加入碱的氢氧化物，并加热活化。
[0010]优选的，所述生物质材料包括有淀粉、木质素、玉米芯、稻壳、麦穗、树木、椰壳、果壳、树叶或稻杆。
[0011]进一步的，在一个实施例中，用于浸置所述前驱体的所述氢氧化钾溶液的浓度为0.01-5 mol/Lo
[0012]进一步的，在一个实施例中，经粉碎后的所述生物质材料的平均粒度为0.1-0.5
cm0
[0013]进一步的，在一个实施例中，所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中时，经频率为20-50 KHz的超声振动。
[0014]进一步的，在一个实施例中，所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中时，经速率为100-1800 r/min的搅拌。
[0015]进一步的，在一个实施例中，所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中进行超声振动和搅拌的时间为0.1-72 ho
[0016]进一步的，在一个实施例中，所述改性前驱体进行预活化时的加热温度为100-300°(:或700-900 0C0
[0017]进一步的，在一个实施例中，所述改性前驱体进行预活化时的加热时间为0.1-10h0
[0018]有益效果:该制备方法工艺简单，环境效益好，预活化时间短，减少能耗;一方面能够将秸杆等生物质回收利用，另一方面能够制备出超级电容器用碳材料，用以解决了碳材料孔隙分布不均的问题，使碳材料的结构一致性提高；制备出的碳材料孔丰富、比表面积高、电容特性优异，显著提高了超级电容器容量和高倍率充放电性能，循环性好，延长了超级电容器寿命，具有很好的经济性和适应性。
[0019]
【具体实施方式】
[0020]本发明公开了一种超级电容器用活性炭的制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
【发明内容】
、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
[0021]本申请提供了一种超级电容器用活性炭的制备方法，包括如下步骤:粉碎预先配置的生物质材料;将粉碎后的所述生物质材料经碱处理，再通过过滤得到前驱体，以去除掉经碱处理后的生物质材料中的杂质;将所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中进行超声振动和搅拌，再通过过滤得到改性前驱体;将所述改性前驱体进行加热，使所述改性前驱体进行预活化;在所述改性前驱体中加入碱的氢氧化物，并加热活化。优选的，所述生物质材料包括有淀粉、木质素、玉米芯、稻壳、麦穗、树木、椰壳、果壳、树叶或秸杆。
[0022]进一步的，在一个实施例中，用于浸置所述前驱体的所述氢氧化钾溶液的浓度为0.01-5 mol/Lo
[0023]进一步的，在一个实施例中，经粉碎后的所述生物质材料的平均粒度为0.1-0.5cm。
[0024]进一步的，在一个实施例中，所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中时，经频率为20-50 KHz的超声振动。
[0025]进一步的，在一个实施例中，所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中时，经速率为100-1800 r/min的搅拌。
[0026]进一步的，在一个实施例中，所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中进行超声振动和搅拌的时间为0.1-72 ho
[0027]进一步的，在一个实施例中，所述改性前驱体进行预活化时的加热温度为100-300°(:或700-900 0C0
[0028]进一步的，在一个实施例中，所述改性前驱体进行预活化时的加热时间为0.1-10h0
[0029]与现有技术中超级电容器用的活性炭相比，本申请中所提出的制备方法制备出来的活性炭具有如下优点:
(I)采用生物质材料制备碳材料，能够将生物质进行回收利用，工艺简单，适用性广泛，经济效益好，环境效益好。
[0030](2)在预活化阶段，将前驱体浸置在氢氧化钾溶液里，通过超声振动和搅拌的改性方法，相比传统的直接将前驱体与氢氧化钾机械混合的方法具有如下优点:
活性炭预活化孔分布均匀，活化后的活性炭比表面积高；
可以大量节约预活化时间，减少能耗；
制备出的活性炭一致性好，用于制作超级电容器比能量高，循环性能好。
[0031]
下面结合实施例，进一步阐述本发明的技术方案:
实施例1
称取1g玉米秸杆，放到粉碎机中粉碎，平均粒径1mm。将粉碎后的玉米秸杆粉末置于含有300ml浓度为0.lmol/L氢氧化钾溶液中，搅拌20min。过滤洗涤得到纯净生物质。将纯净生物质置于500ml浓度为lmol/L的氢氧化钾溶液的烧杯中，超声波分散25 min，超声频率50KHz，搅拌速率为400 r/min，搅拌时间为25 min，过滤洗涤得到碱改性生物质。将5g碱改性活性炭放在管式炉中，设置加热参数，升温阶段I，升温速率3°C/min，到150°C，保温30min，冷却得到预活化活性炭。用预活化活性炭与氢氧化钾晶体按100:7的质量比混合，放在马弗炉，升温至800 V，保温时间2hο得到活性炭。
[0032]对所制备的碳材料进行电化学测试发现，制备出比表面积2700m2/g，比容量272g/
F的超级电容器用活性炭。
[0033]
实施例2
称取1g椰壳，放到粉碎机中粉碎，平均粒径1mm。将粉碎后的玉米秸杆粉末置于含有300 ml浓度为0.lmol/L氢氧化钾溶液中，搅拌20min。过滤洗涤得到纯净生物质。将纯净生物质置于500ml浓度为lmol/L氢氧化钾溶液的烧杯中，超声波分散25min，超声频率50 KHz,搅拌速率400 r/min，搅拌时间25 min，过滤洗涤得到碱改性生物质。将5g碱改性活性炭放在管式炉中，设置加热参数，升温阶段1，升温速率3°C/min，到150°C，保温30 min，冷却得到预活化活性炭。用预活化活性炭与氢氧化钾晶体按100:7的质量比混合，放在马弗炉，升温至800 0C，保温时间2h ο得到活性炭。
[0034]对所制备的碳材料进行电化学测试发现，制备出比表面积2720m2/g，比容量282g/
F的超级电容器用活性炭。
[0035]
实施例3
称取1g木质素，放到粉碎机中粉碎，平均粒径1mm。将粉碎后的玉米秸杆粉末置于含有300ml浓度为0.lmol/L氢氧化钾溶液中，搅拌时间20min。过滤洗涤得到纯净生物质。将纯净生物质置于500 ml浓度为I mol/L氢氧化钾溶液的烧杯中，超声波分散时间25min，超声频率50KHz，搅拌速率400 r/min，搅拌时间25min，过滤洗涤得到碱改性生物质。将5g碱改性活性炭放在管式炉中，设置加热参数，升温阶段1，升温速率3°C/min，到150°C，保温30 min，冷却得到预活化活性炭。用预活化活性炭与氢氧化钾晶体按100: 7的质量比混合，放在马弗炉，升温至800 V，保温时间2h ο得到活性炭。
[0036]对所制备的碳材料进行电化学测试发现，制备出比表面积2710m2/g，比容量275g/
F的超级电容器用活性炭。
[0037]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 粉碎预先配置的生物质材料； 将粉碎后的所述生物质材料经碱处理，再通过过滤得到前驱体，以去除掉经碱处理后的生物质材料中的杂质； 将所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中进行超声振动和搅拌，再通过过滤得到改性前驱体； 将所述改性前驱体进行加热，使所述改性前驱体进行预活化； 在所述改性前驱体中加入碱的氢氧化物，并加热活化。2.根据权利要求1所述的超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述生物质材料包括有淀粉、木质素、玉米芯、稻壳、麦穗、树木、椰壳、果壳、树叶或秸杆。3.根据权利要求2所述的超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，用于浸置所述前驱体的所述氢氧化钾溶液的浓度为0.01-5 mo I /L。4.根据权利要求3所述的超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，经粉碎后的所述生物质材料的平均粒度为0.1-0.5 cm。5.根据权利要求4所述的超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中时，经频率为20-50 KHz的超声振动。6.根据权利要求4所述的超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中时，经速率为100-1800 r/min的搅拌。7.根据权利要求5或6所述的超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述前驱体浸置在氢氧化钾溶液中进行超声振动和搅拌的时间为0.1-72 ho8.根据权利要求7所述的超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述改性前驱体进行预活化时的加热温度为100-300 °(:或700-900 °C。9.根据权利要求8所述的超级电容器用活性炭的制备方法，其特征在于，所述改性前驱体进行预活化时的加热时间为0.1-10 ho
【文档编号】C01B31/12GK105948042SQ201610300981
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】章小康, 瞿志华
【申请人】易电通（北京）储能科技有限公司