一种多孔活性炭/三氧化二铝复合电极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种多孔活性炭/三氧化二铝复合电极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，电化学超级电容器以其高容量、高功率、长寿命、成本低廉、安全环保等诸多优点，成为本世纪市场前景最好的新型环保储能器，可广泛用于在信息、电子、能源、环境、交通和军工等领域，在节能环保日益成为主题的今天，它的应用越来越引起世界各国的重视。以活性炭为代表的碳基电化学超级电容器在国内外已经实现商品化，但仍然存在单体工作电压低下(1-2.7V左右)、能量密度低下(2-5Wh/kg)等缺点，限制了其在高端领域的应用。导电聚苯胺具有独特的质子酸/阳离子掺杂机制，常用的阳离子酸掺杂剂为各种有机质子酸和无机质酸。聚苯胺导电性好，具有单体价格便宜、高的电荷密度等优点，是导电高分子材料中最具发展潜力的品种之一。在超级电容器电极材料中引入η型掺杂的聚苯胺活性材料，在电容器充放电过程中，能充分利用电解液中阴阳离子，提高电极材料的储电性能。在活性炭的表面掺杂三氧化二铝，可以有效改善电极材料的耐过充性能，循环性能、倍率性能和热稳定性，延长电极材料的使用寿命。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种多孔活性炭/三氧化二铝复合电极材料及其制备方法。
[0004]为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:
一种多孔活性炭/三氧化二铝复合电极材料，由下列重量份的原料制成:针状焦生焦粉2-4、氧化镝1-2、十六烷基三甲基溴化铵0.5-1、聚乙烯醇2-3、硝酸铑2_3、三氧化二铝
3-5、聚苯胺复合材料3-5、秸杆1000-1200、无水氢氧化钾3_5、去离子水5_10 ；
所述聚苯胺复合材料是由下列重量份的原料制成:对甲苯磺酸4-6、盐酸6-8、纳米二氧化硅3-5、蒙脱土 2-4、苯胺8-12、过硫酸铵0.4-0.7、去离子水30-50 ;制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90° C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。
[0005]本发明所述一种多孔活性炭/三氧化二铝复合电极材料，由以下具体的步骤制成:
Cl)将秸杆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400° C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000° C下进行氧化反应1_2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用；
(2)将聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤
(I)的产物和除三氧化二铝外的其他剩余成分，在80-100° C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600° C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温后粉碎至200-400目粉末备用；
(3)将三氧化二铝加热至熔融状态与步骤(2)的产物混合均匀即可。
[0006]本发明的优点是:本发明的聚苯胺复合材料具有价格便宜、电荷密度高等的优点，添加到电极材料中能够提高导电性和储电性能；在活性炭的表面掺杂三氧化二铝，可以有效改善电极材料的耐过充性能，循环性能、倍率性能和热稳定性，延长电极材料的使用寿命O
[0007]具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
[0008]一种多孔活性炭/三氧化二铝复合电极材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:针状焦生焦粉3、氧化镝1、十六烷基三甲基溴化铵0.5、聚乙烯醇2、硝酸铑3、三氧化二铝5、聚苯胺复合材料4、秸杆1200、无水氢氧化钾4、去离子水8 ；
所述聚苯胺复合材料是由下列重量份(公斤)的原料制成:对甲苯磺酸5、盐酸7、纳米二氧化硅5、蒙脱土 3、苯胺10、过硫酸铵0.4、去离子水35 ;制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90° C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。
[0009]本发明所述一种多孔活性炭/三氧化二铝复合电极材料，由以下具体的步骤制成:
Cl)将秸杆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400° C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000° C下进行氧化反应1_2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用；
(2)将聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤
(I)的产物和除三氧化二铝外的其他剩余成分，在80-100° C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600° C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温后粉碎至200-400目粉末备用；
(3)将三氧化二铝加热至熔融状态与步骤(2)的产物混合均匀即可。
[0010]将电极材料和导电剂、粘结剂按照比例混合均勾，通过压辊机制成薄片，干燥后压在不锈钢网集流体上，制成超级电容器，其参比电极为Ag/AgCl电极，电解液为lmol/1的硫酸溶液，在-0.2V至0.8V的电压范围内进行恒流充放电测试，电流为0.2A/g时，比电容为235F/g，电流为ΙΟΑ/g时，比电容为169F/g。
【主权项】
1.一种多孔活性炭/三氧化二铝复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:针状焦生焦粉2-4、氧化镝1-2、十六烷基三甲基溴化铵0.5-1、聚乙烯醇2-3、硝酸铑2-3、三氧化二铝3-5、聚苯胺复合材料3-5、秸杆1000-1200、无水氢氧化钾3_5、去离子水5-10 ； 所述聚苯胺复合材料是由下列重量份的原料制成:对甲苯磺酸4-6、盐酸6-8、纳米二氧化硅3-5、蒙脱土 2-4、苯胺8-12、过硫酸铵0.4-0.7、去离子水30-50 ;制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90° C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。
2.根据权利要求1所述一种多孔活性炭/三氧化二铝复合电极材料，其特征在于，由以下具体的步骤制成: Cl)将秸杆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400° C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000° C下进行氧化反应1_2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用； (2)将聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤(I)的产物和除三氧化二铝外的其他剩余成分，在80-100° C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600° C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温后粉碎至200-400目粉末备用； (3)将三氧化二铝加热至熔融状态与步骤(2)的产物混合均匀即可。
【专利摘要】本发明公开了一种多孔活性炭/三氧化二铝复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：针状焦生焦粉2-4、氧化镝1-2、十六烷基三甲基溴化铵0.5-1、聚乙烯醇2-3、硝酸铑2-3、三氧化二铝3-5、聚苯胺复合材料3-5、秸秆1000-1200、无水氢氧化钾3-5、去离子水5-10；本发明的聚苯胺复合材料具有价格便宜、电荷密度高等的优点，添加到电极材料中能够提高导电性和储电性能；在活性炭的表面掺杂三氧化二铝，可以有效改善电极材料的耐过充性能，循环性能、倍率性能和热稳定性，延长电极材料的使用寿命。
【IPC分类】H01M4-48, H01M4-583
【公开号】CN104821396
【申请号】CN201510157799
【发明人】骆方勇, 鲍启兵, 万美云
【申请人】安徽江威精密制造有限公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月3日