[發明專利]一種離子液體電解質超級電容器用活性炭電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201611191925.4
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106629717A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 左宋林;張秋紅;王永芳;申保收
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C01B32/342
• 分類號: C01B32/342;C01B32/366
• 代理公司: 南京申云知識產權代理事務所(普通合伙)32274
• 代理人: 邱興天

技術領域

本發明屬于離子液體電解質超級電容器磷酸活性炭電極材料制備技術領域，具體涉及一種離子液體電解質超級電容器用活性炭電極材料的制備方法，利用生物質資源杉木屑通過磷酸高溫炭化制備含磷活性炭用于新型儲能元件——雙電層電容器電極材料。

背景技術

電化學雙層電容器，又稱超級電容器，是一種新型儲能元件，由于它具有高的功率密度和較長的循環壽命(10⁵-10⁶次充-放電循環)，能夠提供大功率密度放電，可以廣泛用于交通、家庭電子產品、醫療電子產品、軍用電子產品等方面。但它與電池等相比，其能量密度(單位體積或質量釋放出的電能)較低，限制了它的應用。提高能量密度的主要方法是：使用電位窗寬的電解質或提高電極材料的比電容量。

目前超級電容器使用的電解質：水系、有機系和離子液體三類電解質。與水系和有機系電解質相比，由于離子液體具有電化學窗口寬、化學性質穩定、熱穩定性好、揮發性低、不易燃、循環性能好的獨特優點，因此發展離子液體超級電容器是解決雙電層電容器能量密度較低的主要方法之一。

目前超級電容器的電極活性材料主要是多孔質炭材料，包括炭氣凝膠、碳納米管、介孔炭材料、石墨烯和活性炭等。活性炭的孔隙結構是影響其作為超級電容器電極材料的主要結構因素。理論上，活性炭中與電解質離子尺寸相匹配的孔隙越發達，相應的孔隙的比表面積越高，則活性炭的比電容量就越大。微孔發達的活性炭適用于水系電解質，由于離子液體電解質的離子尺寸比氫氧化鉀或硫酸的組成離子尺寸要大，因此，作為離子液體電解質超級電容器的活性炭電極材料的孔隙結構也不同。

工業上常用的制備活性炭的化學活化劑為KOH或NaOH。在CN101525132A中公布了一種以淀粉(氧化交聯淀粉、玉米陽離子淀粉、接枝共聚淀粉、可溶性淀粉或木薯淀粉)為原料，氫氧化鉀為活化劑生產超級電容器用活性炭的方法，比表面積為2249m²/g，在30％的KOH電解質水溶液中測試，比電容量可達221F/g。在CN102718213A中公布了一種氫氧化鉀活化法制備棉花秸稈活性炭的工藝。棉花秸稈為原料，氫氧化鉀為活化劑制備活性炭，活性炭得率達到16.8％，BET比表面積為2312m²/g。以上專利所用的活性炭雖然比表面積高，但微孔和中孔比例調控能力差，孔隙結構以微孔為主。離子液體電解質的離子尺寸較水系電解質的離子尺寸要大，需要采用中孔高度發達的活性炭，因此，以往氫氧化鉀或氫氧化鈉作為活化劑所制備的活性炭已不適于作為離子液體電解質超級電容器用的活性炭材料。

磷酸活化法制備活性炭是目前常用的活性炭工業化生產方法，它具有簡單易行，價格低廉，且具易于調控孔隙結構的顯著優點，但由于其活化溫度都不超過550℃，導致制備的活性炭呈現出絕緣體的性質，因此，本專利發明了一種采用高溫磷酸活化植物纖維原料這種廉價原料的方法，制備出可以應用于離子液體超級電容器活性炭的方法。

發明內容：

本發明的目的是提供一種離子液體電解質超級電容器用活性炭電極材料的制備方法，采用高溫磷酸活化廉價原料植物纖維，制備出可以應用于離子液體超級電容器的活性炭，孔隙結構可調，提高活性炭電極的比電容量和能量密度，可以顯著高儲能器件-離子液體超級電容器的性能。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種離子液體電解質超級電容器用活性炭電極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將木屑粉碎至粒度范圍40目-80目；

(2)按照浸漬比分別為1:1-6的浸漬比將步驟(1)的木屑和磷酸溶液在80-150℃下混合浸漬8-12h；

(3)將步驟(2)中的木屑倒入瓷坩堝中置于箱式電阻爐中，以1-10℃/min升溫至700-1000℃，并保溫1-3h；

(4)冷卻到室溫后取出步驟(3)中的炭化料，用熱的去離子水洗滌、過濾；

(5)將步驟(4)中的活性炭酸洗、過濾；

(6)將步驟(5)中的活性炭用去離子水洗至pH在6.4-7.6；

(7)將步驟(6)中的活性炭然在110-150℃烘箱中干燥12-24h；

(8)將步驟(7)中的活性炭研磨至＞400目。

步驟1)中，所述的木屑包括杉木、馬尾松、楊木等闊葉材與針葉材木屑。

步驟2)中，浸漬比為1:3。

步驟2)中，在80℃下混合浸漬10h。

步驟3)中，溫度為800-950℃。

步驟3)中，溫度為900℃。