[發(fā)明專利]一種用于超級電容器的石墨化活性炭電極材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210332029.0
• 申請日: 2012-09-10
• 公開（公告）號: CN102867654A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閻景旺;姜靚;郝立星;薛榮;衣寶廉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級電容器材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于超級電容器的石墨化活性炭電極材料及制備方法。

背景技術(shù)

超級電容器又稱電化學(xué)電容器，是介于傳統(tǒng)物理電容器和二次電池之間的一種新型儲能器件。由于超級電容器相對于傳統(tǒng)二次電池具有功率密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，其作為電子設(shè)備和汽車的電源具有廣泛的應(yīng)用前景。

活性炭因具有較高的比表面積和孔隙率，且相對于碳納米管、石墨烯等具有成本低廉，能大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點而成為超級電容器的首選電極材料。目前活性炭作為電極材料的超級電容器已經(jīng)實現(xiàn)商品化，并在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

以生物質(zhì)為原料通過化學(xué)活化方法制備的碳材料具有較高的比表面積，是一種較為理想的超級電容器電極材料。Wu等采用KOH活化杉木的方法制備了比表面積達(dá)1050m²/g的活性炭，表現(xiàn)出較好的電容性能，在10mV/s的掃速下比電容達(dá)到180F/g(Journal?of?Power?Sources?144(2005)302-309)。何孝軍等人采用花生殼為原料，用KOH進(jìn)行活化處理，所得活性炭材料的比表面積達(dá)到1227m²/g，作為電容器電極材料表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性（中國專利CN102417179A）。但是采用化學(xué)活化法制備的活性炭石墨化程度低，導(dǎo)電性較差，因而造成以其做電極材料的超級電容器的倍率性能差，不適合在大電流下操作條件下使用。

經(jīng)過石墨化處理的活性炭材料相對于無定形炭表現(xiàn)出更高的導(dǎo)電性，因此適合在大電流密度下工作，即在高速充放電過程中仍然保持較高的比電容。以石墨化活性炭做電極的超級電容器在保持較高能量密度的前提下，具有更高的功率密度，即大電流充放電的能力。因此石墨化活性炭更適合功率型超級電容器的電極材料。

Zhongli?Wang等人采用糠醇做碳源，硝酸鈷和硝酸鐵做石墨化催化劑，經(jīng)過高溫處理得到石墨化的碳材料，這種碳電極材料在高電流下表現(xiàn)出較好的電容保持率，但是比電容值相對較低，在100mV/s下比電容僅為102F/g（CARBON?49(2011)161–169）。蘇黨生等人采用酚醛樹脂做碳源，采用聚苯乙烯微球和F?127做模板，以氯化鎳做石墨化催化劑制備石墨化介孔碳，這種碳材料表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率保持性能和循環(huán)穩(wěn)定性，但是制備過程復(fù)雜，成本較高（ChemSusChem?2012,5,563–571）。

果殼炭由于其相對低廉的成本和較高的比表面積因而是一種被廣泛采用的超級電容器電極材料。Bin?Xu等人采用杏殼做原料，采用KOH活化的方法制備的活性炭比表面積達(dá)到2074m²/g，比電容值達(dá)到339F/g（Materials?Chemistry?and?Physics124(2010)504–509）。Chi-Chang?Hu等人采用開心果殼作為原料通過化學(xué)活化提高其表面積，但是在300mV/s的高掃速下比電容僅有47F/g（Electrochimica?Acta?52(2007)2498-2505）。采用以上方法制備的果殼類活性炭雖然有較高的比表面積，但是石墨化程度均較低，因而導(dǎo)電性低，其比電容值在高電流密度下衰減相對嚴(yán)重。

銀杏殼作為一種廣泛存在的農(nóng)產(chǎn)品廢棄物，關(guān)于其作為原料制備活性炭目前尚無相關(guān)專利報道。同樣沒有關(guān)于采用銀杏殼作原料制備石墨化碳的文獻(xiàn)報道。本發(fā)明采用銀杏殼這種生物質(zhì)為原料，通過KOH化學(xué)活化和過渡金屬浸漬石墨化的方法制備石墨化活性炭，得到的材料表現(xiàn)出較高的比電容和優(yōu)異的倍率性能。本方法充分利用農(nóng)產(chǎn)品生物質(zhì)，生產(chǎn)過程環(huán)境友好，制備出的石墨化活性炭在超級電容器領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服目前活性炭材料電導(dǎo)率偏低的問題，提供了一種用于超級電容器的石墨化活性炭電極材料及制備方法，即通過對活性炭材料進(jìn)行過渡金屬催化石墨化處理，提高材料的石墨化程度，從而提高其導(dǎo)電性；此外，相對于傳統(tǒng)活性炭，石墨化活性炭中的介孔比例得到了提高；高石墨化程度和高的介孔比例使得以石墨化活性炭作電極的超級電容器具有更高的倍率性能，即在大電流密度下仍然能保持較高的能量密度。

本發(fā)明提供了一種用于超級電容器的石墨化活性炭電極材料，該石墨化活性炭電極材料是用過渡金屬鹽溶液對活性炭材料進(jìn)行浸漬，然后在高溫下進(jìn)行處理得到；該材料具有大的比表面積和高的石墨化程度。

本發(fā)明還提供了所述的石墨化活性炭電極材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）采摘成熟的銀杏，去掉外皮后得到銀杏殼，經(jīng)過粉碎、干燥后得到銀杏殼材料；