[發明專利]一種微生物處理的超級電容器用炭材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210189410.6
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102689875A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 李學良;郭威;肖正輝;羅梅;劉沛
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C01B3/00
• 分類號: C01B3/00;C12P1/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

一、技術領域

本發明涉及一種微生物處理的超級電容器用炭材料的制備方法，確切地說是一種以淀粉為原料制備超級電容器電極材料活性炭的方法。

二、背景技術

超級電容器是近十幾年隨著材料科學的突破而出現的新型功率型儲能元件。超級電容器曾被列為年度世界七大科技發現之一，且被認為是能量儲存領域的一項革命性發展，并將在某些領域取代傳統蓄電池。超級電容器在充、放電過程中不存在化學反應，所以它在儲存電能時具有充電速度快，不怕過充、放電，電能有效利用率最高可達95%以上，使用壽命長，可充放電5-10萬次。鑒于其特點，它能夠廣泛的應用于消費類電子產品領域，還能用于電動汽車、新能源發電、分布式儲能系統、智能電網等領域等，涉及多個行業，屬于標準綠色環保產品。

超級電容器主要由集電體、電解液、隔膜和活性炭材料組成，其中活性炭為重要的關鍵材料。活性炭的優劣直接決定了超級電容器性能的高低。傳統上常以酚醛樹脂、煤炭、瀝青和石油焦在內的材料作為制備超級電容器的電極材料活性炭的原料；近幾年來，出現了一些以可再生的生物質資源為碳源生產超級電容器用活性炭材料的方法。對超級電容器用活性炭材料的制備研究是一項研究重點。

淀粉在發酵過程中，部分淀粉被分解，產生大量的菌體，以及發酵產物填充形成的特殊的微孔結構是制備高性能超級電容器用活性炭的前提，有別于其他原料制備超級電容器用活性炭的方法，迄今為止，還沒有以經過發酵培養的淀粉發酵料制備超級電容器用活性炭材料的報道。

三、發明內容

本發明旨在提供以淀粉為原料制備的活性炭用于超級電容器的電極材料，所要解決的技術問題是賦予產品合理的孔徑分布、較大的比表面積和良好的電化學行為。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

本方法以淀粉為原料，包括發酵培養、炭化、活化以及粉碎、洗滌、分離和干燥各單元過程，所述的發酵培養是淀粉與酵母以1000:1~20的質量比混合并加水攪拌均勻后于20~35℃、自然通風條件下發酵6~24小時得到發酵料；所述的炭化是發酵料經干燥后置炭化爐中于270~900℃下炭化0.5~12小時得到炭化料；所述的活化是炭化料與活化劑以1:2~7的質量比混合均勻后置活化爐中于500~950℃、活化0.5~8小時得到活化料；將活化料粉碎或研磨過100~500目篩得到活化的粉料，活化的粉料依次經水洗、酸洗和水洗至濾渣澄清、pH值4~7，最后干燥得到活性炭。

所述的淀粉選自小麥淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、紅薯淀粉、馬鈴薯淀粉、綠豆淀粉、菱角淀粉或藕淀粉等。

所述的酵母選自酵母粉、活性干酵母或快速活性干酵母，上述各種酵母市場有售，發酵培養時間因所用的酵母不同而異，快速活性干酵母時間短，余則時間長。

所述的活性劑選擇氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰、磷酸、氯化鋅或水蒸氣等。為混合均勻，可將其溶于水中（水蒸氣除外）與炭化料混合，但在活化之前需干燥脫水。

所述的酸洗使用6%鹽酸或6%硝酸。

本方法的具體操作步驟如下：

a、發酵培養：采用酵母菌發酵淀粉，淀粉與酵母以1000:1-20的質量比配比，加水攪拌后在20～35℃、自然通風條件下充分發酵6~24小時，獲得發酵料；

b、干燥：將發酵培養后的發酵料置于烘箱中干燥，溫度為70～150℃，烘干時間為0.5～24小時；

c、炭化：將經過干燥的發酵料置于炭化爐中，炭化溫度為270～900℃、炭化時間為0.5～12小時，獲得炭化料；優選500-750℃；

d、活化：炭化料與活化劑以質量比1：2-7配比；活化劑以水溶解后，將其水溶液與炭化料均勻混合，然后在100～120℃時干燥，脫水后置于活化爐中，或者活化劑直接與炭化料混合均勻后置于活化爐中，活化溫度為500～950℃、活化時間為0.5～8小時；獲得活化料；

e、分離與凈化：活化料研磨至顆粒大小為100～500目后依次經過水洗、酸洗和水洗直至濾液澄清、pH達到4～7；再將經過過濾獲得的活化料干燥處理，首先低溫60～100℃下干燥除去表面水分，再高溫100～180℃下干燥深層次除去產物微孔中的水分，得到活性炭產品。

與已有技術相比，本發明的有益效果體現在：