[發明專利]一種超級電容器用球形多孔碳的制備方法

在審

• 申請號: 201310655767.3
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103601185A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 王麗麗
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種超級電容器用球形多孔碳的制備方法，具體涉及一種將高分子糖類在高壓下通過水熱反應合成納米碳球，將其在一定條件下活化處理，制備具有高比表面積和高比電容量多孔碳球的新方法。

背景技術

隨著石油、天然氣和煤等不可再生能源的不斷消耗殆盡，世界經濟發展受其影響越來越大，我國屬于石油資源相對匱乏國家，國際石油價格的不斷攀升，將對國家的經濟和石油安全帶來嚴重影響。因此清潔能源的研究和開發對國家經濟的可持續發展有著重要的作用。與此同時越來越多的能量存儲裝置進入到人們的生活中，實際上能量可以以多種形式存儲。比如利用水壩這種系統可以將能量以勢能的形式存儲，能量還可以以化學能的形式存儲在燃料中。但是，高倍率電能的快速釋放并不是一般的電源可以做到的，如鉛酸蓄電池即使在最好的狀態下也不能以10C的高倍率電流重復放電，而鏗電池在10C的高倍率下重復放電的壽命相對1C的中低倍率放電是很非常短的。為實現快速充放電這一目的，近年來人們逐漸將目光轉移到超級電容器的研究上。

超級電容器具備：成本低廉、材料豐富、充放電壽命長及安全性能高等特點，受到社會和全世界科研工作者的廣泛關注。制備超級電容器電極的材料主要有金屬氧化物、碳基材料、復合電極材料和導電聚合物。而這些材料中碳基材料被關注的更多，并且技術也最為成熟。用于制備碳基超級電容器碳材料主要有纖維碳、粉末碳、石墨烯、碳納米管等。與粉狀多孔碳材料相比，球形碳材料具有更高的堆積密度，其在電解質溶液中產生的電阻更小，因此適合用于超級電容器的電極材料。同時多孔碳球具有比表面積大、孔徑可調、原料豐富、電化學穩定性好等特點而成為商業化超級電容器的首選電極材料。專利CN102101668A公開了一種以低階煤為原料制備高比電容量超級電容器用活性炭的方法。專利CN102838115A公開了一種以石油焦為原料制備超級電容器用高比表面積活性炭的方法。專利CN102360960A公開了一種含有活性物質、導電劑、粘合劑及陽離子表面活性劑的超級電容器用電極材料的生產方法。專利CN102214514A公開了一種以煤、石油、木材、果殼等原料為碳源生產超級電容器用高比電容活性炭電極材料的方法。以上專利中制備的碳材料并非球形，其在電容器應用中電阻略大于球形多孔碳，因此制備一種球形多孔碳材料將有利于超級電容器行業的進步與發展。

本專利是以高分子糖類為原料，將其在高壓下水熱反應合成納米碳球，再將與活化劑混合、在一定條件下活化處理，制備具有高比表面積和高比電容量球形多孔碳的新方法。

發明內容

本發明目的是提供一種利用糖類高分子制備超級電容器用球形多孔碳的新方法。

本發明首先將濃度為0.5～2.0mol/L的糖溶液在130～200℃溫度下進行水熱反應4～8小時，固體過濾，洗滌、干燥，制得球形碳材料；將球形碳500℃熱處理后與活化劑按質量比1∶3～5(Kg/Kg)混合，將其在400℃下反應0.5小時，700～800℃下活化反應1小時，固體過濾、洗滌、干燥，最終將得到的球形碳材料進行粒徑、比表面積和比電容的測試。

本發明的特征在于：所述生產超級電容器用球形多孔碳的糖類為葡萄糖、木糖和果糖。

本發明的特征在于：所述活化劑為氫氧化鉀和氫氧化鈉。

具體實施方式

實施例1：將濃度為2.0mol/L的葡萄糖溶液，在200℃溫度下水熱反應8小時，固體過濾，洗滌、干燥，制得球形碳材料；將球形碳500℃熱處理后與KOH按質量比1∶5(Kg/Kg)混合，將其在400℃下反應0.5小時，800℃下活化反應1小時，固體過濾、洗滌、干燥，制備出粒徑為783nm，比表面積為3318m²/g，比電容量為273F/g的超級電容器用球形多孔碳。

實施例2：改變水熱碳與活化劑用量比為1∶4，其他條件同實施例1，制備出比表面積為2835m²/g，比電容量為247F/g的球形多孔碳。

實施例3：改變水熱碳與活化劑用量比為1∶3，其他條件同實施例1，制備出比表面積為2471m²/g，比電容量為218F/g的球形多孔碳。

實施例4：改變活化溫度為700℃下活化反應1小時，其他條件同實施例1，制備出比表面積為2673m²/g，比電容量為236F/g的球形多孔碳。

實施例5：改變葡萄糖濃度為0.5mol/L，其他條件同實施例1，制備出粒徑為413nm，比表面積為3187m²/g，比電容量為259F/g的球形多孔碳。