[發明專利]一種超級電容器用活性炭電極材料的制備方法

無效

• 申請號: 200710171260.5
• 申請日: 2007-11-29
• 公開（公告）號: CN101177266A
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發明（設計）人: 胡中華;楊靜;劉亞菲;陳曉妹
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C01B31/08
• 分類號: C01B31/08;H01G4/008
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明涉及一種超級電容器用活性炭電極材料的制備方法。

背景技術

作為一種吸附能力強而生產成本低的多孔固體材料，活性炭被廣泛的應用于吸附、分離、提純、催化以及現在倍受關注的儲能領域，如用作超級電容器的電極材料。通常制備活性炭主要分為炭化與活化兩個步驟，炭化就是含碳原材料在惰性氣氛中的熱分解，去除揮發性物質，形成不發達孔隙的焦炭。而活化的目的就是擴大原有的孔以及創造新的孔隙。活化又可以分為化學活化與物理活化。化學活化中采用KOH、ZnCl₂、磷酸等活化劑，在相對較低溫度(500-800℃)下進行；物理活化用水蒸氣、空氣、CO₂等氧化性氣體在較高溫度(800-1100℃)與焦炭反應而形成孔。單一的化學活化或物理活化法通常制備的是高微孔率活性炭，且孔徑難以控制。高比表面積活性炭一般用氫氧化鉀在高溫熔融狀態下活化基體炭，對設備腐蝕大，難以產業化(全球只有一兩公司生產)。

制備活性炭的原材料很豐富，比如煤，石油化工的殘余物(石油焦，瀝青等)，高成本的酚醛樹脂等人工合成碳源和天然碳源，如木材，植物秸桿等雖然相對成本低廉，但是由于原材料質地疏松，得到的產品性能差。而椰殼和核桃殼等硬質果殼，因具備低成本高品質的特征受到廣泛的青睞。如專利號為02117819.4，名稱為“一種制備活性炭的方法”的專利中用到花生殼、椰殼和杏殼為原材料，采用傳統先炭化后活化的方法，以氧氣為活化劑，得到活性炭產品的比表面積在1000-1600m²/g之間。專利號為200510047259.2，名稱為“用硬質果殼制作電容器專用活性炭的方法”也采用多種硬質果殼為原料制備電容器電極材料用活性炭材料，傳統的炭化，活化工藝，KOH為活化劑，活性炭產品比表面積在200-2600m²/g之間，孔徑分布在0.8-2.2nm之間。

還有日本已經商品化的代號為Maxsorb的高比表面活性炭，比表面積在2500-4000m²/g，孔容大于1.5cm³/g，上述活性炭，雖然具備非常高的比表面積，但孔徑基本上都以小微孔(1nm以下)為主，當應用于中等分子量物質的吸附特別是電容器電極的時候，因為表面利用率低，以小微孔為主的活性炭就受到限制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超級電容器用活性炭電極材料的制備方法。

本發明提出的超級電容器用活性炭電極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將硬質果殼原料經過破碎，篩選，控制粒度為1-3.5mm，然后在110-120℃溫度下干燥24小時以上(通常為24-30小時)；

(2)將步驟(1)得到的經篩選的原料置于ZnCl₂溶液中，充分攪拌，然后在110-120℃溫度下烘干，ZnCl₂與硬質果殼原料的質量比為0.2∶1～3∶1；

(3)將步驟(2)得到的烘干后的混合物進行活化，在氮氣氣氛下，以10-20℃/min升溫速率從室溫升溫至700-900℃，并在該溫度下，在CO₂氣氛下，恒溫活化時間為0.5-3小時，然后在氮氣氣氛下降溫至室溫；

(4)將步驟(3)得到冷卻后的產物，采用酸洗，沸水洗滌至中性，烘干，即得到所需產品。

本發明中，步驟(1)中所述硬質果殼原料為椰殼或核桃殼。

本發明中，步驟(4)中所述酸洗采用鹽酸或硝酸溶液。

本發明以硬質果殼為原料制備活性炭的方法，利用該方法制備的活性炭比表面積大，吸附能力強，孔徑分布合理，并且中孔含量可以在一定范圍內可調。該活性炭特別適合于制作超級電容器電極材料。