CN107892298A - 一种超级电容器活性炭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及活性炭制备领域，具体涉及一种超级电容器活性炭及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：步骤1、活性炭原料与碱金属活化剂混合，在惰性气体的保护下加热2‑4小时，继续加热至700‑900度，通入活化气体，加热1‑2小时，得活化活性炭；步骤2、所得活化活性炭用盐酸溶液浸渍，通入水蒸气使其沸腾，趁热抽滤，反复洗涤三次；洗涤至中性，干燥得超级电容器活性炭。本发明有益效果：通过碱熔融浸渍化学活化及采用二氧化碳和水蒸气的混合气体进行物理活化，在二者的协同作用下拓宽了活性炭的孔径，使微孔和中孔的分布更为合理，使该活性炭材料作为超级电容器的电极材料时，进一步的提高超级电容器的电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及活性炭制备领域，具体涉及一种超级电容器活性炭及其制备方法。
背景技术
超级电容器介于电池与普通电容器之间，具有电容器的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，超级电容器在“充电-放电”过程中，实现电能-电场能-电能的转换，整个过程没有任何化学反应，不对周边环境造成污染，是一种理想的储能器。近年来，高比表面积、高纯度的活性炭作为超级电容器的电极材料倍受注目。活性炭利用其多孔特性完成储能，但是由于孔径的限制，电解质扩散及迁移的速率不高，因此会限制超级电容器的功率密度。因此超级电容器用活性炭，必须具有大的比表面积、孔集中、高填充密度、低灰、导电性好以及电化学稳定性高等特点。现有方法生产出来的活性炭不仅含有大量的残留碱活化剂，还有一些重金属杂质。这些金属杂质在超级电容器充放电的过程中会发生化学反应，甚至有些金属杂质会被还原析出，引起电容器短路，大大影响超级电容器的寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有体积比容量高，本身导电性良好，杂质含量低的超级电容器活性炭及其制备方法。
本发明的技术方案为提供一种超级电容器活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、粉碎活性炭原料，与碱金属活化剂混合获得混合料，所述活性炭原料与所述碱金属活化剂的质量比为1：1-2；所述混合料在惰性气体的保护下加热2-4小时，加热温度为300-500度，得预处理活性炭，继续加热至700-900度，通入活化气体，加热1-2小时，得活化活性炭；
步骤2、步骤1所得活化活性炭用5-10wt％的盐酸溶液浸渍，通入0.4-0.6MPa的水蒸气使其沸腾，趁热抽滤，反复洗涤三次；再用去离子水洗涤至中性，干燥得超级电容器活性炭。
本发明的另一技术方案为提供一种上述超级电容器活性炭的制备方法制备的超级电容器活性炭。
本发明有益效果：本发明超级电容器活性炭及其制备方法中，通过碱熔融浸渍化学活化及采用二氧化碳和水蒸气的混合气体进行物理活化，在二者的协同作用下拓宽了活性炭的孔径，使孔径的分布更为合理，使该活性炭材料作为超级电容器的电极材料时，进一步的提高超级电容器的电化学性能。还通过酸和去离子水反复浸渍洗涤及水蒸气洗涤等，大大降低活性炭中重金属含量，本发明方法可以使活性炭金属含量降到300ppm以下，制备得到了比表面积和孔径分布可控、性能优异的活性炭。本发明活性炭比表面积大于2000m2/g，质量比电容大于125F/g。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。
本发明最关键的构思在于：本发明超级电容器活性炭及其制备方法中，通过碱熔融浸渍化学活化及采用二氧化碳和水蒸气的混合气体进行物理活化，在二者的协同作用下拓宽了活性炭的孔径等参数，使该活性炭材料作为超级电容器的电极材料时，进一步的提高超级电容器的电化学性能。
本发明提供一种超级电容器活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、粉碎活性炭原料，与碱金属活化剂混合获得混合料，所述活性炭原料与所述碱金属活化剂的质量比为1：1-2；所述混合料在惰性气体的保护下加热2-4小时，加热温度为300-500度，得预处理活性炭，继续加热至700-900度，通入活化气体，加热1-2小时，得活化活性炭；
步骤2、步骤1所得活化活性炭用5-10wt％的盐酸溶液浸渍，通入0.4-0.6MPa的水蒸气使其沸腾，趁热抽滤，反复洗涤三次；再用去离子水洗涤至中性，干燥得超级电容器活性炭。
优选的，上述的超级电容器活性炭的制备方法中，所述步骤1中的“粉碎活性炭原料”具体为：对活性炭原料进行干燥、粉碎以及过筛，所述过筛用的筛网数目为30-50目。
优选的，上述的超级电容器活性炭的制备方法中，所述碱金属活化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
优选的，上述的超级电容器活性炭的制备方法中，所述活化气体为水蒸汽和二氧化碳的混合气体。
优选的，上述的超级电容器活性炭的制备方法中，所述惰性气体为氮气。
优选的，上述的超级电容器活性炭的制备方法中，所述活性炭原料为锯木屑、椰子壳或杏壳。
本发明还提供一种上述的超级电容器活性炭的制备方法制备的超级电容器活性炭。
上述超级电容器活性炭及其制备方法中，通过碱熔融浸渍化学活化，及采用二氧化碳和水蒸气的混合气体进行物理活化，在二者的协同作用下拓宽了活性炭的孔径，使微孔和中孔的分布更为合理，使该活性炭材料作为超级电容器的电极材料时，进一步的提高超级电容器的电化学性能。还通过酸和去离子水反复浸渍洗涤，能大大降低活性炭中重金属含量，本发明方法可以使活性炭金属含量降到300ppm以下，制备得到了比表面积和孔径分布可控、性能优异的活性炭。本发明活性炭比表面积大于2000m2/g，质量比电容大于125F/g。
实施例1
一种超级电容器活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对锯木屑进行干燥、粉碎以及过筛，所述过筛用的筛网数目为30-50目。与碱金属活化剂混合获得混合料，所述碱金属活化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。所述活性炭原料与所述碱金属活化剂的质量比为1：1-2；所述混合料在氮气的保护下加热2-4小时，加热温度为300-500度，得预处理活性炭，继续加热至700-900度，通入活化气体，加热1-2小时，得活化活性炭；所述活化气体为水蒸汽和二氧化碳的混合气体。
步骤2、步骤1所得活化活性炭用5-10wt％的盐酸溶液浸渍3-5小时，通入0.4-0.6MPa的水蒸气使其沸腾，趁热抽滤，反复洗涤三次；再用去离子水洗涤至中性，干燥得超级电容器活性炭。
上述制备方法所得超级电容器活性炭的金属含量为300ppm以下，比表面积为2730m2/g，比孔容积2.55ml/g，平均孔径18.25nm，质量比电容135F/g。
实施例2
一种超级电容器活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对活椰子壳进行干燥、粉碎以及过筛，所述过筛用的筛网数目为30-50目。与碱金属活化剂混合获得混合料，所述碱金属活化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。所述活性炭原料与所述碱金属活化剂的质量比为1：1-2；所述混合料在氮气的保护下加热2-4小时，加热温度为300-500度，得预处理活性炭，继续加热至700-900度，通入活化气体，加热1-2小时，得活化活性炭；所述活化气体为水蒸汽和二氧化碳的混合气体。
步骤2、步骤1所得活化活性炭用5-10wt％的盐酸溶液浸渍，通入0.4-0.6MPa的水蒸气使其沸腾，趁热抽滤，反复洗涤三次；再用去离子水洗涤至中性，干燥得超级电容器活性炭。
上述制备方法所得超级电容器活性炭的金属含量为300ppm以下，比表面积为2630m2/g，比孔容积2.17ml/g，平均孔径17.25nm，质量比电容131F/g。
实施例3
一种超级电容器活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对杏壳进行干燥、粉碎以及过筛，所述过筛用的筛网数目为30-50目。与碱金属活化剂混合获得混合料，所述碱金属活化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。所述活性炭原料与所述碱金属活化剂的质量比为1：1-2；所述混合料在氮气的保护下加热2-4小时，加热温度为300-500度，得预处理活性炭，继续加热至700-900度，通入活化气体，加热1-2小时，得活化活性炭；所述活化气体为水蒸汽和二氧化碳的混合气体。
步骤2、步骤1所得活化活性炭用5-10wt％的盐酸溶液浸渍，通入0.4-0.6MPa的水蒸气使其沸腾，趁热抽滤，反复洗涤三次；再用去离子水洗涤至中性，干燥得超级电容器活性炭。
上述制备方法所得超级电容器活性炭的金属含量为300ppm以下，比表面积为2678m2/g，比孔容积2.37ml/g，平均孔径17.25nm，质量比电容125F/g。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、粉碎活性炭原料，与碱金属活化剂混合获得混合料，所述活性炭原料与所述碱金属活化剂的质量比为1：1-2；所述混合料在惰性气体的保护下加热2-4小时，加热温度为300-500度，得预处理活性炭，继续加热至700-900度，通入活化气体，加热1-2小时，得活化活性炭；
步骤2、步骤1所得活化活性炭用5-10wt％的盐酸溶液浸渍，通入0.4-0.6MPa的水蒸气使其沸腾，趁热抽滤，反复洗涤三次；再用去离子水洗涤至中性，干燥得超级电容器活性炭。
2.根据权利要求1所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的“粉碎活性炭原料”具体为：对活性炭原料进行干燥、粉碎以及过筛，所述过筛用的筛网数目为30-50目。
3.根据权利要求1所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，所述碱金属活化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
4.根据权利要求1所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，所述活化气体为水蒸汽和二氧化碳的混合气体。
5.根据权利要求1所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气。
6.根据权利要求1所述的超级电容器活性炭的制备方法，其特征在于，所述活性炭原料为锯木屑、椰子壳或杏壳。
7.权利要求1-6任一项所述的超级电容器活性炭的制备方法制备的超级电容器活性炭。
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