一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法

本发明涉及活性炭技术领域，特别涉及一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法。

背景技术：

锌离子电容器以高比表面积活性炭材料为正极、以金属锌为负极、以硫酸锌中性水系溶液为电解液，借助于离子在活性炭表面的快速吸脱附和锌离子在锌电极表面的溶解、沉积实现了能量的可逆存储、释放。其中，电极材料是影响电容器储能性能的关键因素，活性炭材料具有原料来源广泛，比表面积大、孔隙结构发达、电导率高、化学稳定性好等特点，但目前的活性炭材料改性方法所需要的活化剂(hno3)浓度较高且对炭材料结构改变较大；所得活性炭孔径分布较广，含有大量介孔和大孔这对电化学性能有着损害。这是因为浓硝酸是强氧化剂，对于活性炭的活性位点具有较大氧化作用，造成微孔上活性位点被氧化出现扩孔，由微孔扩成介孔和大孔。

技术实现要素：

鉴以此，本发明提出一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，来解决上述问题；

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，包括以下步骤：

s1、配制体积百分数5～25％的hno3溶液，加入到活性炭中，所述活性炭和hno3溶液的质量体积比kg/l为1：100～300；

s2、将上述混合液进行油浴加热，升温至80～120℃，出现沸腾后搅拌，保温加热3～8h；

s3、用蒸馏水或去离子水搅拌3～5h后过滤，再于70～120℃下烘干，得到改性后的活性炭。

进一步的，所述s1步骤中hno3溶液的体积百分数为15％。

进一步的，所述s1步骤中活性炭和hno3溶液的质量体积比kg/l为1：100。

进一步的，所述s1步骤中活性炭和hno3溶液的质量体积比kg/l为1：200。

进一步的，所述s2步骤中搅拌时间为10～20min。

进一步的，所述s2步骤中搅拌速率为300～500rpm。

进一步的，所述s2步骤中保温加热的时间为5h。

进一步的，所述s3步骤中用蒸馏水或去离子水搅拌4h。

进一步的，所述s3步骤中于90℃下烘干。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能够减少酸(hno3)的用量，同时还能得到电化学性能得到30f/g的提升；所改性的活性炭孔径变化比较小，拥有较窄的孔径分布范围，不会改变孔径分布范围，对于结构破坏程度较小，活性炭上能负载上大量羰基和羧基为主的含氧官官能团，提升含氧量，其中羟基含量提升最高，这对活性炭的电极润湿性以及离子吸附提供正向影响，改性的活性炭倍率性保持比较好，提高了导电率在原有的基础上得到了提升，且本发明所制得活性炭赝电容在能贡献20～50％的容量。

附图说明

图1为实施例3改性后的赝电容贡献图

图2为实施例3改性后的活性炭含氧官能团含量分布

图3为实施例3改性后的活性炭用于锌离子杂化电容倍率性能和长循环

图4为实施例3改性后的活性炭用于锌离子杂化电容容量比较

图5为实施例3改性后的活性炭用于锌离子杂化电容的孔径分布图

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。

本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，包括以下步骤：

s1、配制体积百分数5％的hno3溶液，加入到活性炭中，所述活性炭的质量和hno3溶液的体积比为1：100；

s2、将上述混合液进行油浴加热，升温至80℃，出现沸腾后搅拌，搅拌速率为300rpm，搅拌时间为10min，再保温加热3h；

s3、用蒸馏水或去离子水搅拌3h后过滤，再于70℃下烘干，得到改性后的活性炭。

实施例2

一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，包括以下步骤：

s1、配制体积百分数25％的hno3溶液，加入到活性炭中，所述活性炭的质量和hno3溶液的体积比为1：300；

s2、将上述混合液进行油浴加热，升温至120℃，出现沸腾后搅拌，搅拌速率为500rpm，搅拌时间为20min，再保温加热8h；

s3、用蒸馏水或去离子水搅拌5h后过滤，再于120℃下烘干，得到改性后的活性炭。

实施例3

一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，包括以下步骤：

s1、配制体积百分数15％的hno3溶液，加入到活性炭中，所述活性炭的质量和hno3溶液的体积比为1：100；

s2、将上述混合液进行油浴加热，升温至100℃，出现沸腾后搅拌，搅拌速率为400rpm，搅拌时间为15min，再保温加热5h；

s3、用蒸馏水或去离子水搅拌4h后过滤，再于90℃下烘干，得到改性后的活性炭。

对比例1

本对比例与实施例3的区别在于，一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，步骤s2中同时搅拌和升温加热。

对比例2

本对比例与实施例3的区别在于，一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，步骤s3中用蒸馏水或去离子水搅拌2h后过滤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，其特征在于：包括以下步骤：

s1、配制体积百分数5～25％的hno3溶液，加入到活性炭中，所述活性炭和hno3溶液的质量体积比kg/l为1：100～300；

s2、将上述混合液进行油浴加热，升温至80～120℃，出现沸腾后搅拌，保温加热3～8h；

s3、用蒸馏水或去离子水搅拌3～5h后过滤，再于70～120℃下烘干，得到改性后的活性炭。

2.如权利要求1所述的一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，其特征在于：所述s1步骤中hno3溶液的体积百分数为15％。

3.如权利要求1所述的一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，其特征在于：所述s1步骤中活性炭和hno3溶液的质量体积比kg/l为1：100。

4.如权利要求1所述的一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，其特征在于：所述s1步骤中活性炭和hno3溶液的质量体积比kg/l为1：200。

5.如权利要求1所述的一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，其特征在于：所述s2步骤中搅拌时间为10～20min。

6.如权利要求1所述的一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，其特征在于：所述s2步骤中搅拌速率为300～500rpm。

7.如权利要求1所述的一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，其特征在于：所述s2步骤中保温加热的时间为5h。

8.如权利要求1所述的一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，其特征在于：所述s3步骤中用蒸馏水或去离子水搅拌4h。

9.如权利要求1所述的一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，其特征在于：所述s3步骤中于90℃下烘干。

技术总结
本发明提供一种用于锌离子杂化电容器的活性炭改性方法，属于活性炭材料生产改性及应用技术领域，本发明方法先将活性炭和硝酸混合，限定之间的比例，再于特定的温度下进行油浴加热，控制搅拌速率和时间，将其进行水洗、烘干得到改性活性炭，用于锌离子杂化电容器时电化学性能得到30f/g的提升，赝电容在能贡献20～50％的容量，改性的活性炭倍率性保持比较好。

技术研发人员：陈永;吴金鹏
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：2021.02.25
技术公布日：2021.06.22