[發明專利]一種超級電容器用復合型活性炭電極材料

有效

• 申請號: 201110178488.3
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102306553A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 馬俊武
• 申請（專利權）人: 馬俊武
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

技術領域

本發明屬于超級電容器領域，具體涉及一種超級電容器的電容電極材料，即新型的復合活性炭電極材料。

背景技術

超級電容器是一種電容量可達數千法拉的極大容量電容器。以美國庫柏Cooper公司的超級電容為例，根據電容器的原理，電容量取決于電極間距離和電極表面積，為了得到如此大的電容量，要盡可能縮小超級電容器電極間距離、增加電極表面積，為此，采用雙電層原理和活性炭多孔化電極。

超級電容器雙電層介質在電容器的二個電極上施加電壓時，在靠近電極的電介質界面上產生與電極所攜帶的電荷極性相反的電荷并被束縛在介質界面上，形成事實上的電容器的二個電極。很明顯，二個電極的距離非常小，只有幾nm.同時活性炭多孔化電極可以獲得極大的電極表面積，可以達到200m2/g。因而這種結構的超級電容器具有極大的電容量并可以存儲很大的靜電能量。就儲能而言，超級電容器的這一特性介于傳統電容器與電池之間。當二個電極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時，電解液界面上的電荷不會脫離電解液，超級電容器處在正常工作狀態(通常在3V以下)，如果電容器二端電壓超過電解液的氧化還原電極電位，那么，電解液將分解，處于非正常狀態。隨著超級電容器的放電，正、負極板上的電荷被外電路泄放，電解液界面上的電荷響應減少。由此可以看出超級電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學反應，因此性能是穩定的，與利用化學反應的蓄電池不同

現有制造電極材料的活性炭顆粒為微米級，活性炭顆粒內部在炭化過程產生的炭化孔容在封閉的條件下，由于灰份的阻塞，炭化孔容內部表面與外界不通，在電容器中并不起作用，活性炭多孔化沒有得到極限狀態的使用。市場上也有亞微米級(1微米以下)活性碳顆粒，這種亞微米級活性碳顆粒用來做電極材料有二個問題，一是不通過高壓力緊密壓實的情況下，單位體積密度達不到，達不到高效儲能的效果，如果通過高壓壓片后，亞微米級顆粒界面之間的空間太小，不利于電介液的滲透，影響了要儲能電荷的導入；二是目前市場上的亞微米級活性碳顆粒都是用濕法介質研磨制得，在加工的過程中，把微米級顆粒破碎到亞微米顆粒的過程中，由于介質的研磨作用，新產生顆粒表面上的炭化孔容凹凸不平狀態絕大部份都被破壞，這種亞微米級活性碳顆粒也達不到超級儲能的效果。因此現有技術中活性炭多孔化沒有得到極限狀態的使用，限制了該類超級電容器的性能。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述問題，提供一種新型的復合活性炭電極材料。本發明通過活性炭內部炭化孔容的極限利用，增加電極表面積，在現有技術的基礎上再提高10-100倍，以達到超級儲能的效果。

本發明的目的可以通過以下措施達到：

本發明把現有微米級的活性炭材料粉碎細化到亞微米級(1微米以下)并活化和保持新生表面的炭化孔容結構，然后包覆纏繞納米碳管，并用高溫煅燒粘連，得到了一種新型復合活性炭電極材料。該復合活性炭電極材料具體通過如下方法制備得到：將平均粒徑為5～20μm的微米級活性炭采用高壓過熱蒸氣粉碎至平均粒徑0.5～1μm的亞微米級，得到的亞微米級活化活性炭與碳納米管分散漿料按質量比1～5∶100的比例高速混合，然后進行噴霧干燥，得到碳納米管纏繞亞微米活性炭顆粒，再將碳納米管纏繞亞微米活性炭顆粒于800～900℃的保護氣氛中煅燒，得到微米級復合活性炭電極材料。

本發明先是把現有微米級的活性炭加工到亞微米級的具有活性功能的活性炭粉，本發明的采用的方法是高壓過熱蒸氣粉碎，即高壓過熱蒸氣粉碎分級技術，具體為在高壓過熱蒸氣粉碎過程中采用295～305℃的過熱水蒸氣進行粉碎，其中過熱水蒸氣的工作壓力為1.05～1.5MPa，粉碎線速度為500～700m/s。