CN115394566A - 一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法 - Google Patents

一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115394566A
CN115394566A CN202211009889.0A CN202211009889A CN115394566A CN 115394566 A CN115394566 A CN 115394566A CN 202211009889 A CN202211009889 A CN 202211009889A CN 115394566 A CN115394566 A CN 115394566A
Authority
CN
China
Prior art keywords
based material
active carbon
carbon
purifying
20ppm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211009889.0A
Other languages
English (en)
Inventor
叶向荣
臧孝贤
王补欢
邬荣敏
吕安斌
陈章伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Baimahu Laboratory Co ltd
Zhejiang Zheneng Beilun Power Generation Co ltd
Zhejiang Energy Group Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Zheneng Beilun Power Generation Co ltd
Zhejiang Energy Group Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Zheneng Beilun Power Generation Co ltd, Zhejiang Energy Group Research Institute Co Ltd filed Critical Zhejiang Zheneng Beilun Power Generation Co ltd
Priority to CN202211009889.0A priority Critical patent/CN115394566A/zh
Publication of CN115394566A publication Critical patent/CN115394566A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，采用盐酸醇溶液清洗去除超级电容电极活性碳基材料中的金属与非金属杂质。本发明的有益效果是：本发明采用盐酸醇溶液代替传统的稀酸水溶液浸渍，盐酸醇溶液表面张力低，可有效渗透、扩散至碳基材料中的微孔、介孔、细管、复杂不规则表面、高纵横比结构以及难润湿基底，有助于酸与杂质充分接触发生反应，除杂较为彻底。

Description

一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法
技术领域
本发明涉及超级电容电极材料领域，更确切地说，它涉及一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法。
背景技术
基于离子吸附/脱附的超级电容型储能装置，如双电层电容器、电池电容器等，通常以多孔碳基材料为主要或部分电极活性组分，以四氟硼酸四乙基铵盐(TEA-BF4)、四氟硼酸三乙基甲基铵盐(TEMA-BF4)、双吡咯烷螺环季铵盐(SBP-BF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)等电解质溶于乙腈、碳酸酯等非质子化溶剂作为电解液。多孔碳基材料，包括活性炭、微孔碳、介孔碳、碳纳米管、石墨烯及其复合、混合材料，是决定超级电容型储能性能的最关键因素之一，具有超低金属杂质含量、难润湿高比表面(>1500m2/g)和多孔(0.1-50nm)结构等特征。多孔碳基材料的金属和非金属杂质对使用非质子化溶剂电解液的超级电容型储能影响显著，不仅增加漏电流和等效电阻，而且催化、引发电解液分解等副反应，产生的气体可导致器件膨胀或变形、爆裂等风险。上述情况也将缩短超级电容型储能装置的使用寿命，尤其是高电压或高温下的充放电循环稳定性和寿命。
超级电容电极活性碳基材料中的金属和非金属杂质主要源自两方面：原材料固有，如作为活性炭碳源的椰壳等天然产物、煤、石油焦等所含的金属和非金属杂质；制备过程引入，如KOH、ZnCl2等活性炭活化剂和Fe、Co、Ni等碳纳米管生长催化剂及MgO、Al2O3、SiO2等催化剂载体。超级电容电极活性碳基材料中金属和非金属杂质的常用脱除方法为稀酸浸渍和气相反应。稀酸(例如稀盐酸、稀硝酸、稀氢氟酸、稀硫酸等)浸渍通常结合鼓气、加压、添加螯合剂等手段促进清洗液向多孔结构内部的渗透、扩散和杂质的反应溶解，以提高清洗效果。由于水溶液难以有效渗透、扩散、润湿微孔、细管、复杂不规则表面、高纵横比结构以及疏水基底，清洗过程冗长、反复，孔腔内部杂质难以有效去除，深度纯化效果不理想。气相反应则通常使用气体(如含Cl2气体)高温处理，可快速扩散并与难润湿表面和孔道结构充分接触，将部分杂质转化为挥发性化合物后脱除，但并非所有杂质均可转化为挥发性化合物，能脱除的杂质种类有限。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，采用盐酸醇溶液清洗去除超级电容电极活性碳基材料中的金属与非金属杂质。其中，以超级电容电极活性碳基材料构成的超级电容电极适用于以乙腈、碳酸酯等非质子化溶剂为电解液溶剂的的双电层电容器、电池电容等具有超级电容特性的储能器件。
作为优选，所述超级电容电极活性碳基材料的纯化方法包括：
S1、常温下将碳基材料(多孔碳材料)浸渍于盐酸醇溶液，盐酸醇溶液有效渗透、扩散至碳基材料的难润湿表面、孔隙端口和内部并与杂质反应，生成醇溶性副产物；
S2、过滤分离碳基材料并以去离子水清洗数次后干燥，得到超低杂质含量的高纯碳基材料。
作为优选，S1中，所述盐酸醇溶液为溶解有HCl气体的有机溶剂。
作为优选，S1中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丙烯醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种。
作为优选，S1中，所述有机溶剂含0～5％水分。
作为优选，S1中，所述盐酸醇溶液中HCl的浓度为0.001～2mol/L。
作为优选，S1中，所述盐酸醇溶液中含0～500ppm的HF。
作为优选，S2中，所述高纯碳基材料中的杂质含量为：总灰分<0.5％、Fe<20ppm、K<10ppm、Mn<20ppm、Cu<20ppm、Na<20ppm、Ni<20ppm、Cr<20ppm、Si<20ppm、Ca<10ppm、Zn<20ppm、Zr<20ppm、Al<400ppm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用盐酸醇溶液代替传统的稀酸水溶液浸渍，盐酸醇溶液表面张力低，可有效渗透、扩散至碳基材料中的微孔、介孔、细管、复杂不规则表面、高纵横比结构以及难润湿基底，有助于酸与杂质充分接触发生反应，除杂较为彻底。
(2)本发明提供的超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，工艺简单，清洗耗时短，杂质去除率高。
附图说明
图1为盐酸醇溶液清洗前后椰壳活性炭杂质含量对比图；
图2为盐酸醇溶液清洗前后碳纳米管杂质含量对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1：
将椰壳活性炭浸渍于盐酸醇溶液(其中HCl浓度为0.001mol/L，HF含量为100ppm)，浸渍时间为1hr，过滤分离椰壳活性炭并以去离子水清洗数次后干燥，得到超低杂质含量的高纯椰壳活性炭。清洗前后椰壳活性炭杂质含量的变化见图1。清洗后，活性炭材料中主要金属杂质和非金属Si杂质均可得到有效去除。
实施例2：
将碳纳米管浸渍于盐酸醇溶液(其中HCl浓度为0.002mol/L，HF含量为100ppm)，浸渍时间为1hr，过滤分离碳纳米管并以去离子水清洗数次后干燥，得到超低杂质含量的高纯碳纳米管。清洗前后碳纳米管杂质含量的变化见图2。清洗后，碳纳米管材料中主要金属杂质均可得到有效去除。
综上所述，本发明提供一种非水溶液清洗方法，有效去除超级电容电极活性碳基材料中的金属与非金属杂质从而到达深度纯化。

Claims (8)

1.一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，其特征在于，采用盐酸醇溶液清洗去除超级电容电极活性碳基材料中的金属与非金属杂质。
2.根据权利要求1所述的超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，其特征在于，所述超级电容电极活性碳基材料的纯化方法包括：
S1、常温下将碳基材料浸渍于盐酸醇溶液，盐酸醇溶液有效渗透、扩散至碳基材料的表面、孔隙端口和内部并与杂质反应，生成醇溶性副产物；
S2、过滤分离碳基材料并以去离子水清洗数次后干燥，得到高纯碳基材料。
3.根据权利要求2所述的超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，其特征在于，S1中，所述盐酸醇溶液为溶解有HCl气体的有机溶剂。
4.根据权利要求3所述的超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，其特征在于，S1中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丙烯醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，其特征在于，S1中，所述有机溶剂含0～5％水分。
6.根据权利要求5所述的超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，其特征在于，S1中，所述盐酸醇溶液中HCl的浓度为0.001～2mol/L。
7.根据权利要求6所述的超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，其特征在于，S1中，所述盐酸醇溶液中含0～500ppm的HF。
8.根据权利要求7所述的超级电容电极活性碳基材料的纯化方法，其特征在于，S2中，所述高纯碳基材料中的杂质含量为：总灰分<0.5％、Fe<20ppm、K<10ppm、Mn<20ppm、Cu<20ppm、Na<20ppm、Ni<20ppm、Cr<20ppm、Si<20ppm、Ca<10ppm、Zn<20ppm、Zr<20ppm、Al<400ppm。
CN202211009889.0A 2022-08-23 2022-08-23 一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法 Pending CN115394566A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211009889.0A CN115394566A (zh) 2022-08-23 2022-08-23 一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211009889.0A CN115394566A (zh) 2022-08-23 2022-08-23 一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115394566A true CN115394566A (zh) 2022-11-25

Family

ID=84121301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211009889.0A Pending CN115394566A (zh) 2022-08-23 2022-08-23 一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115394566A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101719424A (zh) * 2010-01-12 2010-06-02 山东理工大学 一种超级电容器微孔炭材料的制备方法
CN102683036A (zh) * 2012-05-02 2012-09-19 清华大学 一种用于超级电容器的碳纳米电极材料的纯化方法
CN108069426A (zh) * 2017-09-08 2018-05-25 山东大学 一种超级电容器用海藻基活性炭的制备方法
CN111584246A (zh) * 2020-05-19 2020-08-25 复旦大学 一种高性能超级电容器负极碳材料及其制备方法
CN113436900A (zh) * 2021-06-28 2021-09-24 中南林业科技大学 基于镍钴双氢氧化物的氮掺杂碳基电极、制备方法及超级电容器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101719424A (zh) * 2010-01-12 2010-06-02 山东理工大学 一种超级电容器微孔炭材料的制备方法
CN102683036A (zh) * 2012-05-02 2012-09-19 清华大学 一种用于超级电容器的碳纳米电极材料的纯化方法
CN108069426A (zh) * 2017-09-08 2018-05-25 山东大学 一种超级电容器用海藻基活性炭的制备方法
CN111584246A (zh) * 2020-05-19 2020-08-25 复旦大学 一种高性能超级电容器负极碳材料及其制备方法
CN113436900A (zh) * 2021-06-28 2021-09-24 中南林业科技大学 基于镍钴双氢氧化物的氮掺杂碳基电极、制备方法及超级电容器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
邱家乐: "阵列碳纳米管的两亲性修饰及其应用研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》, no. 2019, 15 April 2019 (2019-04-15), pages 015 - 90 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4533876B2 (ja) 活性炭およびその製造方法並びに用途
KR100932158B1 (ko) 활성탄 및 그것의 제조방법
JP4910497B2 (ja) 電気二重層キャパシタ用電解液および電気二重層キャパシタ
JP4576371B2 (ja) 活性炭、その製造方法及び用途
CN109718727B (zh) 基于MOFs圆片煅烧制备的碳气凝胶及其方法、以及其在环境保护和能源存储方面的应用
RU2447531C2 (ru) Композит, содержащий карбонизованные биополимеры и углеродные нанотрубки
KR101933633B1 (ko) 슈퍼커패시터를 그 동작 전압으로 조정하는 방법
JP2009525247A (ja) 生体高分子炭化物
US20210179435A1 (en) Activated carbon and method for manufacturing same
Musyoka et al. Onion-derived activated carbons with enhanced surface area for improved hydrogen storage and electrochemical energy application
Wang et al. Tunable synthesis of nanocarbon architectures and their application in advanced symmetric supercapacitors
CN106057496A (zh) 一种多级孔结构碳材料的制备方法及其用途
CN104167296B (zh) 一种用于超级电容器的纳米电极材料的制备方法
CN108400018A (zh) 一种浒苔活性炭复合二氧化锰超级电容器电极材料的制备方法
JP4576374B2 (ja) 活性炭、その製造方法及びその用途
JP2010109355A (ja) 電気二重層キャパシタ
Ma et al. Supercapacitor performance of hollow carbon spheres by direct pyrolysis of melamine-formaldehyde resin spheres
Zhang et al. High-specific-energy aqueous supercapacitor with extended operating potential using trichloroacetic acid electrolyte
CN115394566A (zh) 一种超级电容电极活性碳基材料的纯化方法
JP6318703B2 (ja) Ｃｏ及びｃｏ２吸着材及びこれを用いた蓄電デバイス、並びにｃｏ及びｃｏ２吸着材の製造方法
RU98846U1 (ru) Суперконденсатор с двойным электрическим слоем
CN114300274B (zh) 一种硼硫共掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用
CN111085691A (zh) 一种含Co@C结构的介孔活性炭材料及其制备方法与应用
JP2005327785A (ja) 電気二重層キャパシタ用電解液および電気二重層キャパシタ
Dhavale et al. Porous carbon derived from Terminalia catappa leaves for energy storage application

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20231017

Address after: 5 / F, building 1, No. 2159-1, yuhangtang Road, Wuchang Street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Applicant after: ZHEJIANG ENERGY R & D INSTITUTE Co.,Ltd.

Applicant after: ZHEJIANG ZHENENG BEILUN POWER GENERATION Co.,Ltd.

Applicant after: Zhejiang Baimahu Laboratory Co.,Ltd.

Address before: 5 / F, building 1, No. 2159-1, yuhangtang Road, Wuchang Street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Applicant before: ZHEJIANG ENERGY R & D INSTITUTE Co.,Ltd.

Applicant before: ZHEJIANG ZHENENG BEILUN POWER GENERATION Co.,Ltd.