得到3D网络孔结构超级电容活性炭。所述超声波是指具有洗涤效果的任何频率与功率的超声波。
[0046]3D网络孔结构超级电容活性炭，比表面积1500?2500m2/g，10A/g电流密度下比电容230-350F/g，5000次电容衰减率1-10%。
[0047]实施例1
[0048](I)原料准备:将椰壳用0.lmol/L的盐酸分次洗涤，去除无机杂质，干燥后，破碎至2mm以下；
[0049](2)ZnCl2活化:将氯化锌配置成质量浓度为60%的水溶液，按照质量比1:1，将椰壳与氯化锌水溶液混合，置于密闭耐高压容器中，于气体压力0.5Mpa下浸渍24h，150°C下烘干后，将混合物置于活化炉内，600°C活化lh，冷却后，用去离子水洗涤回收ZnCl2,获得中大孔丰富的活性炭(AC-Zn)；
[0050](3)K0H活化:按照质量比1:1，将AC-Zn与KOH粉末混合置于不锈钢罐中，在N2保护下加热预处理lh，加热温度600°C;在900°C下活化反应lh，冷却后，用去离子水洗涤回收KOH，获得微孔、中孔、大孔发达的活性炭(AC-Zn-K);
[0051 ]第四步，水蒸气活化精制:将AC-Zn-K放入活化炉，升温至1100°C，通入水蒸气活化30min，水蒸气用量是AC-Zn-K质量的5倍，将封闭的孔道打开，并清除活性炭孔道残留的炭微粒，得到AC-Zn-K-W;
[0052]第五步，超声洗涤:活化完成后，将AC-Zn-K-W置于烧杯内，加入活性炭重量10倍的去离子水，超声洗涤lh，脱水，烘干，得到3D网络孔结构超级电容活性炭。所述超声波是指具有洗涤效果的任何频率与功率的超声波。制备得到的3D网络孔结构超级电容活性炭比表面积22301112/^，1(^/^电流密度下比电容281?/^，5000次电容衰减率7%。
[0053]实施例2
[0054](I)原料准备:将椰壳用0.lmol/L的盐酸分次洗涤，去除无机杂质，干燥后，破碎至2mm以下；
[0055](2)ZnCl2活化:将氯化锌配置成质量浓度为60%的水溶液，按照质量比1:1，将椰壳与氯化锌水溶液混合，置于密闭耐高压容器中，于气体压力0.5Mpa下浸渍24h，150°C下烘干后，将混合物置于活化炉内，600°C活化lh，冷却后，用去离子水洗涤回收ZnCl2,获得中大孔丰富的活性炭(AC-Zn)；
[0056](3)K0H活化:按照质量比1:1，将AC-Zn与KOH粉末混合置于不锈钢罐中，在N2保护下加热预处理lh，加热温度600°C;在900°C下活化反应lh，冷却后，用去离子水洗涤回收KOH，获得微孔、中孔、大孔发达的活性炭(AC-Zn-K);
[0057](4)水蒸气活化精制:将AC-Zn-K放入活化炉，升温至700 °C，通入水蒸气活化30min，水蒸气用量是AC-Zn-K质量的5倍，将封闭的孔道打开，并清除活性炭孔道残留的炭微粒，得到AC-Zn-K-W;
[0058](5)超声洗涤:活化完成后，将AC-Zn-K-W置于烧杯内，加入活性炭重量10倍的去离子水，超声洗涤lh，脱水，烘干，得到3D网络孔结构超级电容活性炭。所述超声波是指具有洗涤效果的任何频率与功率的超声波。制备得到的3D网络孔结构超级电容活性炭比表面积1500m2/g，10A/g电流密度下比电容230F/g，5000次电容衰减率10%。
[0059]实施例3
[0060](I)原料准备:将椰壳用0.lmol/L的盐酸分次洗涤，去除无机杂质，干燥后，破碎至2mm以下；
[0061 ] (2)ZnCl2活化:将氯化锌配置成质量浓度为60%的水溶液，按照质量比1:6，将椰壳与氯化锌水溶液混合，置于密闭耐高压容器中，于气体压力1.6Mp下浸渍24h ,150 °C下烘干后，将混合物置于活化炉内，600°C活化lh，冷却后，用去离子水洗涤回收ZnCl2,获得中大孔丰富的活性炭(AC-Zn)；
[0062](3)Κ0Η活化:按照质量比1:6，将AC-Zn与KOH粉末混合置于不锈钢罐中，在N2保护下加热预处理lh，加热温度300°C;在900°C下活化反应lh，冷却后，用去离子水洗涤回收KOH，获得微孔、中孔、大孔发达的活性炭(AC-Zn-K);
[0063](4)水蒸气活化精制:将AC-Zn-K放入活化炉，升温至950 V，通入600 V高温水蒸气活化30min，水蒸气用量是AC-Zn-K质量的5倍，将封闭的孔道打开，并清除活性炭孔道残留的炭微粒，得到AC-Zn-K-W;
[0064](5)超声洗涤:活化完成后，将AC-Zn-K-W置于烧杯内，加入活性炭重量10倍的去离子水，超声洗涤lh，脱水，烘干，得到3D网络孔结构超级电容活性炭。所述超声波是指具有洗涤效果的任何频率与功率的超声波。制备得到的3D网络孔结构超级电容活性炭比表面积25001112/^，1(^/^电流密度下比电容35(^/^，5000次电容衰减率1%。
[0065]实施例4
[0066](I)原料准备:将椰壳用0.lmol/L的盐酸分次洗涤，去除无机杂质，干燥后，破碎至2mm以下；
[0067](2)ZnCl2活化:将氯化锌配置成质量浓度为60%的水溶液，按照质量比1:6，将椰壳与氯化锌水溶液混合，置于密闭耐高压容器中，于气体压力1.6Mp下浸渍24h ,150 °C下烘干后，将混合物置于活化炉内，600°C活化lh，冷却后，用去离子水洗涤回收ZnCl2,获得中大孔丰富的活性炭(AC-Zn)；
[0068](3)超声洗涤:活化完成后，将AC-Z置于烧杯内，加入活性炭重量10倍的去离子水，超声洗涤lh，脱水，烘干，得到3D网络孔结构超级电容活性炭。所述超声波是指具有洗涤效果的任何频率与功率的超声波。制备得到的3D网络孔结构超级电容活性炭比表面积16701112/^，1(^/^电流密度下比电容235(^/^，5000次电容衰减率9%。
[0069]实施例5
[0070](I)原料准备:将椰壳用0.lmol/L的盐酸分次洗涤，去除无机杂质，干燥后，破碎至2mm以下；
[0071 ] (2)Κ0Η活化:按照质量比1:6，将椰壳与KOH粉末混合置于不锈钢罐中，在他保护下加热预处理Ih，加热温度3000C ；在9000C下活化反应Ih，冷却后，用去离子水洗涤回收KOH，获得微孔、中孔、大孔发达的活性炭(AC-K);
[0072](3)超声洗涤:活化完成后，将AC-Zn-K-W置于烧杯内，加入活性炭重量10倍的去离子水，超声洗涤lh，脱水，烘干，得到3D网络孔结构超级电容活性炭。所述超声波是指具有洗涤效果的任何频率与功率的超声波。制备得到的3D网络孔结构超级电容活性炭比表面积223501112/^，1(^/^电流密度下比电容308?/^，5000次电容衰减率3%。
[0073]实施例6
[0074](I)将实施例3原料改为竹肩，其余同实施例3，得到的3D网络孔结构超级电容活性炭比表面积18891112/^，1(^/^电流密度下比电容265?/^，5000次电容衰减率8%。
[0075]实施例7
[0076]将实施例3原料改为棉花秸杆，其余同实施例3，得到的3D网络孔结构超级电容活性炭比表面积19291112/^，1(^/^电流密度下比电容289?/^，5000次电容衰减率5%。
[0077]由以上实施例可以看出单一活化方式不能获得高比电容，且5000次充放电循环衰减大，实例中，采用氯化锌-氢氧化钾-水蒸气联合活化工艺，对获得内部孔隙连通的3D网络超级电容炭非常重要，显著降低电解质离子进出的阻力，提高充放电速度，降低电容衰减率。
【主权项】
1.一种3D网络孔结构超级电容炭，其特征在于，首先采用ZnCl2活化制备出发达的中大孔，再用KOH在中大孔内造出丰富的微孔，并将孔隙连通;最后用高温水蒸气精制，打开封闭的孔隙并清除孔道内残留的炭微粒，获得内部相互贯通的3D网络孔结构；比表面积1500?25001112/^，1(^/^电流密度下比电容230-35(^/^，5000次电容衰减率1-10%。2.制备权利要求1所述的3D网络孔结构超级电容炭的方法，其特征在于，首先采用ZnCl2活化制备出发达的中大孔，再用KOH在中大孔内造出丰富的微孔，并将孔隙连通;最后用高温水蒸气精制，打开封闭的孔隙并清除孔道内残留的炭微粒，获得内部相互贯通的3D网络孔结构。3.如权利要求2所述的制备3D网络孔结构超级电容炭的方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一步，原料准备:将木质原料酸洗去除无机杂质干燥破碎备用； 第二步，ZnCl2活化:将氯化锌溶液与原料混合加压浸渍，烘干，活化，洗涤回收ZnCl2，获得中大孔丰富的活性炭AC-Zn ； 第三步，KOH活化:将AC-Zn与KOH粉末混合，在惰性气氛下预处理，活化，洗涤回收KOH，获得微孔、中孔、大孔发达的活性炭AC-Zn-K; 第四步，水蒸气活化精制:将AC-Zn-K放入活化炉，升温至活化终温，通入高温水蒸气，将封闭的孔道打开，并清除活性炭孔道残留的炭微粒，得到AC-Zn-K-W; 第五步，超声洗涤:活化完成后，将AC-Zn-K-W置于烧杯内，加入去离子水，超声洗涤，脱水，烘干，得到3D网络孔结构超级电容活性炭。4.如权利要求3所述的制备3D网络孔结构超级电容炭的方法，其特征在于，所述的木质原料包括椰壳、核桃壳、木肩、竹肩、稻杆中的任意一种，破碎至2mm以下。5.如权利要求3所述的制备3D网络孔结构超级电容活性炭的方法，其特征在于，第二步中压力为0.5-16MPa。6.如权利要求3所述的制备3D网络孔结构超级电容活性炭的方法，其特征在于，第三步中KOH为粉末，预处理过程间歇搅拌，预处理温度300-600°C。7.如权利要求3所述的制备3D网络孔结构超级电容活性炭的方法，其特征在于，第四步中活化温度700-1100°C，水蒸气流量l_3g/min，反应时间10-60min。8.如权利要求3所述的制备3D网络孔结构超级电容活性炭的方法，其特征在于，第二步中活化时，温度为600 0C，时间60min。9.如权利要求3所述的制备3D网络孔结构超级电容活性炭的方法，其特征在于，第三步中活化时，温度为900°C，时间为60min。
【专利摘要】本发明提供了一种3D网络孔结构超级电容炭及其制备方法。将木质原料与ZnCl2混合，活化，洗涤回收ZnCl2，得到AC-Zn；再将AC-Zn与KOH混合，活化，洗涤回收KOH，在中孔和大孔内刻蚀出发达的微孔，得到AC-Zn-K；最后，采用高温水蒸气对AC-Zn-K精制处理，将孔口被木焦油残炭微粒封闭的孔隙打开，并清除活性炭孔道残留的有机炭微粒，获得内部孔隙相互连通的3D网络结构活性炭。本方法制备的活性炭因为内部孔隙相互贯通，内阻小，有利于电解质离子在孔隙内自由进出。在充电时电解质迅速进入活性炭孔内形成双电层，放电时，电解质离子完全撤离留下清洁的孔道，显著提高电容器充放电速度。
【IPC分类】C01B31/12, C01B31/10, H01G11/34
【公开号】CN105645410
【申请号】
【发明人】孙康, 蒋剑春, 冷昌宇, 邓先伦, 卢辛成, 陈超, 朱光真, 贾羽洁
【申请人】中国林业科学研究院林产化学工业研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月17日