[發(fā)明專利]一種富氧超級(jí)電容器碳質(zhì)電極材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910064957.1
• 申請(qǐng)日: 2009-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101556868A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張傳祥;段玉玲;邢寶林;焦紅光;張玉德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/058
• 分類號(hào): H01G9/058
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司
• 代理人: 郭中民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種富氧超級(jí)電容器碳質(zhì)電極材料的制備方法，該方法特別適用于高比電容、高比功率超級(jí)電容器用比表面積為1000～2600m²/g體相的碳質(zhì)電極材料的制備。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器以其充放電速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)、能量密度高和無(wú)污染等優(yōu)異特性而成為新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其在混合動(dòng)力汽車、太陽(yáng)能、風(fēng)能等方面的應(yīng)用預(yù)期將會(huì)對(duì)節(jié)約能源、城市環(huán)境控制產(chǎn)生根本性影響。電極材料是超級(jí)電容器的核心。目前研究較多的電極材料是基于雙電層理論的超級(jí)活性炭、炭氣凝膠、納米碳管等炭質(zhì)多孔材料。雖然理論上雙電層電容正比于材料的有效比表面積，但有效比表面積的提高必須綜合考慮材料的孔結(jié)構(gòu)、電阻率及密度等對(duì)電極性能的制約，因而雙電層比電容C存在極限值。近期，研究者通過(guò)對(duì)炭質(zhì)多孔電極材料的比表面積、孔徑分布及導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定向控制，但提升空間已非常有限，致使所制電容器的能量密度E(E∝C·U²)最高僅為10Wh/kg。因此，更高能量密度、比功率炭質(zhì)電極材料的制備極為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種比表面積為1000～2600m²/g體相的富氧超級(jí)電容器碳質(zhì)電極材料的制備方法。該方法工藝簡(jiǎn)單，所制碳質(zhì)電極材料兼具體相含氧量高、賦存穩(wěn)定，比表面積大，孔徑分布寬，導(dǎo)電性好，對(duì)無(wú)機(jī)電解液的浸潤(rùn)性好等性能。

本發(fā)明的目的可通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的制備方法包括下述步驟：

本發(fā)明的富氧超級(jí)電容器碳質(zhì)電極材料的制備方法包括下述步驟：：

a、將碳含量＞60％，氧含量＞10％的粒徑為100～200μm的富氧碳質(zhì)前軀體與純度90％以上的顆粒KOH按質(zhì)量比1∶1～1∶5進(jìn)行混合、浸漬；

b、將步驟a所得混合物置于KOH活化釜中，以20～50℃/min的升溫速率升溫至600～900℃，之后直接自然冷卻至室溫；

c、將步驟b所得物質(zhì)先后用5mol/L?HCl、去離子水洗去殘留的金屬K及其化合物，在110℃條件下烘干。

本發(fā)明中所述富氧碳質(zhì)前軀體可以是煙煤、瀝青、纖維素或椰殼中的任意一種高含氧量生物質(zhì)類物質(zhì)；所述富氧碳質(zhì)前軀體最好是選用富氧的煙煤，通過(guò)高升溫速率、零保溫時(shí)間制備而成，以使前驅(qū)體中的氧原子保留到炭基體骨架中，實(shí)現(xiàn)氧原子在活性炭中的穩(wěn)定賦存。

本發(fā)明的有益效果如下：

由于本發(fā)明選用富氧的碳質(zhì)材料作為前驅(qū)體，通過(guò)高升溫速率、零保溫時(shí)間，使前驅(qū)體中的氧原子保留到炭基體骨架中，實(shí)現(xiàn)氧原子在活性炭中的穩(wěn)定賦存。制備工藝簡(jiǎn)單，原材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。所制材料兼具體相含氧量高、賦存穩(wěn)定，比表面積大，孔徑分布寬，導(dǎo)電性好，對(duì)無(wú)機(jī)電解液的浸潤(rùn)性好等性能。作為超級(jí)電容器的電極材料使用時(shí)，由于氧的賦存穩(wěn)定，電容器的循環(huán)性能穩(wěn)定。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳述：

實(shí)施例1

a、將碳含量＞60％，氧含量＞10％的粒徑為100～200μm的煙煤粉末與純度90％以上的顆粒KOH按質(zhì)量比1∶4進(jìn)行混合并浸漬24小時(shí)；

b、將步驟a所得混合物置于KOH活化釜中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以30℃/min的升溫率升溫至800℃，不經(jīng)保溫，自然冷卻至室溫；

c、將步驟b所得物質(zhì)先后用5mol/L?HCl、去離子水洗去殘留的金屬K及其化合物(即水洗至中性)，在110℃條件下烘干后，制得超高比表面積的活性炭。

其BET比表面積為1950m²/g，孔徑集中分布在0.5～8.0nm。以3mol/LKOH為電解液時(shí)，該電極材料的比電容為370F/g。

實(shí)施例2

a、將碳含量＞60％，氧含量＞10％的粒徑為100～200μm的煙煤粉末與純度90％以上的顆粒KOH按質(zhì)量比1∶4進(jìn)行混合并浸漬24小時(shí)；

b、將步驟a所得混合物置于KOH活化釜中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以30℃/min的升溫率升溫至700℃，不經(jīng)保溫，自然冷卻至室溫；

c、將步驟b所得物質(zhì)先后用5mol/L?HCl、去離子水洗去殘留的金屬K及其化合物(即水洗至中性)，在110℃條件下烘干后，制得超高比表面積的活性炭。

其BET比表面積為1820m²/g，孔徑集中分布在0.5～8.0nm。以3mol/LKOH為電解液時(shí)，該電極材料的比電容為350F/g。

實(shí)施例3