一种碳化浒苔制备超级电容器电极材料的方法
【专利摘要】一种碳化浒苔制备超级电容器电极材料的方法。本发明属于功能材料中的超级电容器电极材料制备【技术领域】，特别涉及一种以浒苔为原料通过高温热解(碳化)制备碳材料的方法。其特征在于利用了生物质碳化制备活性碳材料的技术。采用的方法为：将浒苔真空冷冻干燥后，在气体保护下进行高温碳化处理，经洗涤干燥后制得活性碳材料。本发明所制备的活性碳材料具有原料易得，废物利用，制备工艺简单，比表面积大等优点。将活性碳材料制备成超级电容器电极，具有良好的电化学稳定性和典型的双电层电容性能，显示了浒苔的回收利用价值和在能源利用领域的应用潜力。
【专利说明】一种碳化浒苔制备超级电容器电极材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能材料中超级电容器电极材料制备【技术领域】，特别涉及一种通过碳化浒苔制备碳基材料作为超级电容器电极材料的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，超级电容器以其优良的充放电性能和优于传统电容器的高比功率、高容量的特点，在电子通讯、航空航天、军事国防以及新能源汽车等领域展现出前所未有的应用前景。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素之一，因碳材料具有优良的导电性能，以及其形成多孔结构的特征，使碳材料在能源材料领域得到广泛关注和研究。碳材料的制备原料来源广泛，而生物质具有低成本和可再生性，成为碳材料的重要来源之一。
[0003]当前，利用纯天然生物材料来制备多孔碳材料具有广阔前景，如椰子壳、杏仁壳和竹子；利用水热合成技术，可把稻壳、麦杆等转化成碳微米或纳米材料，包括微米粒子、亚微米管和纳米纤维等。这种利用生物质的模板作用来合成特定结构碳材料的方法，具有形貌可控和可规模化的特点，因而适于放大生产。
[0004]生物质碳化是指将生物质(秸杆:棉花、篦麻、向日葵等植物杆，林业三生物:林业废弃物和木材加工剩余物)通过一定的工艺加工、化学反应生成产品及副产品的过程。生物质在无空气等氧化气氛情形下发生的不完全热降解，以生成碳并可冷凝液体(木焦油和木醋液的混合物，通过净化分离可得到木焦油、木醋液)等产物的过程。生物质碳化因具有加热速率高，加热过程可控等优点，应用广泛。
[0005]近年来，由于全球气候异常、水体富营养化等原因，经常发生海洋大型浒苔绿潮爆发，大量浒苔聚集到岸边，阻塞航道，同时破坏海洋生态系统，严重危害沿海渔业、旅游业发展。因此，研究利用碳化浒苔作为原料制备超级电容器碳电极材料具有环保和经济效益双层意义。
[0006]目前，国内外尚未见碳化浒苔制备超级电容器电极材料的相关报道。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种以天然浒苔为原料，利用生物质碳化方法制备活性碳材料的方法。
[0008]本发明的目的通过以下方式实现，以浒苔为原料，利用生物质碳化方法制备活性炭电极材料，包括以下步骤。
[0009](I)浒苔冷冻干燥过程:将一定量的浒苔洗净，进行真空冷冻干燥。
[0010](2)浒苔碳化过程:将完全干燥的样品置于特制的管式电阻炉中，在氮气氛保护下升温至60(Γ950 V,在此温度下恒温碳化:Γ6小时，冷却至室温，用去离子水清洗直到滤液无色。
[0011](3)碳化物酸洗过程:碳化物分别用盐酸和去离子水清洗，至中性，最后将产物真空干燥，即得到所需要的多孔活性碳材料。
[0012](4)活性炭电极的制备:将所制备的活性碳样品研磨成粉末，并按一定比例和粘结齐IJ PVDF在研钵中研磨混匀，滴加少量的N-甲基吡咯烷酮制备成粘性泥状物，以石墨纸为集流体，将活性物质负载其上，然后真空干燥，最终得到所要制备的电极材料。
[0013]所述步骤(2)中特制的管式电阻炉见附图4。
[0014]所述步骤(3)和(4)中的真空干燥温度均为60°C，干燥时间为24小时。
[0015]所述步骤(3)中采用的超声功率为60W，温度为60°C。
[0016]本发明与现有技术及材料相比具有下列优点。
[0017]1.浒苔原料廉价且来源广泛，碳化过程简单易操作且温度可控，因而可适于放大规模的生产。
[0018]2.使用本方法所制得的多孔碳电极材料比电容大，循环稳定性好。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为实例I中所制备的活性碳材料的SEM照片。
[0020]图2为实例I中所制备的活性碳材料的XRD图谱。
[0021]图3为实例I中所制备的活性碳电极材料的充放电测试图。
[0022]图4为本发明所制备的活性炭材料的碳化装置示意图:1.氮气瓶；2.高纯氮气；
3.氮气阀门；4.氮气减压器；5.夹子；6.橡胶管；7.转子流量计；8.三通阀；9.真空泵；
10.石英管；11.高温管式炉；12.温控仪；13、14.尾气瓶；15.工作台。
【具体实施方式】
[0023]下面通过实例对本发明作进一步说明。
[0024]实例I。
[0025]将洗净的浒苔真空冷冻干燥48小时，直至完全干燥。将完全干燥的样品置于特制的管式电阻炉中，在氮气氛保护下升温至950°C，恒温碳化3小时，室温下取出碳化物，清洗至滤液无色，再将碳化物置于盐酸溶液中超声分散，然后在60°C条件下磁力搅拌12小时，用去离子水抽滤至滤液呈中性，最后将产物真空干燥，即得到所需要的多孔活性碳材料。将所制备的活性碳样品研磨成粉末，按活性碳材料与粘结剂PVDF为9: I的比例混合，滴加少量的N-甲基吡咯烷酮制备成粘性泥状物，以石墨纸为集流体，将粘性泥状物负载到石墨纸上，真空干燥后得到所要制备的活性碳电极材料。
[0026]实例2。
[0027]将洗净的浒苔真空冷冻干燥48小时，直至完全干燥。将完全干燥的样品置于特制的管式电阻炉中，在氮气氛保护下升温至600°C，恒温碳化3小时，室温下取出碳化物，清洗至滤液无色，再将碳化物置于盐酸溶液中超声分散，然后在60°C条件下磁力搅拌12小时，用去离子水抽滤至滤液呈中性，最后将产物真空干燥，即得到所需要的多孔活性碳材料。将所制备的活性碳样品研磨成粉末，按活性碳材料与粘结剂PVDF为9: I的比例混合，滴加少量的N-甲基吡咯烷酮制备成粘性泥状物，以石墨纸为集流体，将粘性泥状物负载到石墨纸上，真空干燥后得到所要制备的活性碳电极材料。
【权利要求】
1.一种以浒苔为原料，利用生物质碳化方法制备活性炭电极材料的方法，其特征包括以下步骤: (1)冷冻干燥过程:将洗净的浒苔真空冷冻干燥2?3天，直至浒苔完全干燥； (2)浒苔碳化过程:将完全干燥的样品置于特制的管式电阻炉中，在氮气氛保护下升温至60(Γ950 V,在此温度下恒温碳化:Γ6小时，用去离子水清洗直到滤液无色； (3)碳化物活化过程:碳化物置于remol/L的盐酸溶液中超声分散f2小时，然后在60°C条件下磁力搅拌12小时，用去离子水抽滤至滤液呈中性，最后将产物真空干燥，即得到所需要的多孔活性碳材料； (4)活性炭电极的制备:将所制备的活性碳样品研磨成粉末，并按一定比例和粘结剂PVDF在研钵中研磨混合均匀，滴加少量的N-甲基吡咯烷酮制备成粘性泥状物，以石墨纸为承载活性材料的集流体，将粘性泥状物刮涂到石墨纸上，然后真空干燥，最终得到所要制备的电极材料。
2.根据权利要求1所述的以浒苔为原料，利用生物质碳化方法制备活性炭电极材料的方法，其特征在于所述步骤(I)原料为浒苔。
3.根据权利要求1所述的以浒苔为原料，利用生物质碳化方法制备活性炭电极材料的方法，其特征在于所述步骤(3)中利用自制的碳化装置，在氮气氛围下热解，热解温度为600?950 °C，热解时间为3?6小时。
4.根据权利要求1所述的以浒苔为原料，利用生物质碳化方法制备活性炭电极材料的方法，其特征在于所述步骤(3)中为使得碳材料活化，采用盐酸酸洗，盐酸浓度为Γ6Π101/L0
5.根根据权利要求1所述的以浒苔为原料，利用生物质碳化方法制备活性炭电极材料的方法，其特征在于所述步骤(4)中采用石墨纸为集流体；活性碳材料与粘结剂PVDF的质量配比为9: 1，并滴加少量的N-甲基吡咯烷酮制备成粘性泥状物。
【文档编号】H01G11/34GK104167301SQ201410242886
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】杜伟, 张永刚, 许克, 曹焕苹, 鞠翔宇 申请人:烟台大学