[發明專利]聯合活化制備竹炭基超級電容器電極材料的方法

有效

• 申請號: 201710696799.6
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107275101B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 唐永建;楊帆;王朝陽;付志兵;楊曦;袁磊;米睿;鐘銘龍
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/42;H01G11/44;H01G11/86
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 鄭健

本發明公開了一種聯合活化制備竹炭基超級電容器電極材料的方法，包括：將竹子清洗，烘干，然后置于高溫爐內，在氬氣保護下，炭化，得到竹炭；將竹炭研磨成粉末，過篩，獲得竹炭粉末；將竹炭粉末加入堿性溶液中，攪拌，直接將混合料液蒸發烘干，通入物理活化劑高溫活化，冷卻，得到活化后的竹炭材料；將竹炭材料分別通過去離子水和乙醇浸泡，干燥，得到竹炭基超級電容器電極材料。本發明的制備方法具有操作簡單易行，可重復性強，成本低，與化學活化相比對環境污染較小的特點。利用本方法制備的竹炭材料作為超級電容器電極材料，此炭化及物理化學聯合活化制備方法能夠有效增大材料比表面積，從而進一步提高超級電容器的比電容量，增強其循環性能。

技術領域

本發明屬于超級電容器電極材料制備領域，涉及了一種竹炭材料，具體涉及一種利用竹材通過炭化及物理化學聯合活化的方法制備出性能優異的應用于超級電容器的竹炭電極材料。

背景技術

超級電容器，又稱電化學電容器，是一種利用電極/電解液界面上的雙電層或快速、可逆的氧化還原反應來儲存能量的新型儲能裝置，其功率密度遠高于普通電池，能量密度遠高于傳統電容，因而填補了這兩個傳統技術間的空白。它通常被用來滿足瞬時高功率的要求，以彌補蓄電池不能大電流放電的不足，同時在構成電動汽車的啟動電源、重大脈沖電源、計算機備用電源、航空航天和國防科技等領域展示了美好的應用與發展前景。隨著超級電容器在混合動力汽車和純電動車領域應用的拓展，對其比能力特別是體積比能量提出了更高的要求，因此開發出具有高比能量和比高比功率的電極材料成為此領域研究的熱點。

目前，由于活性炭具有發達的孔結構、穩定的物理和化學性質以及低廉的價格等特點而成為商業化超級電容器的首選材料。本發明采用價格低廉的竹材作為原材料，竹材經熱解后得到的竹炭具有孔結構發達、導電性能良好的優勢，且竹炭已經廣泛應用于有害物質的吸附、分解、殺菌、除臭、導電等方面。

本發明以來源豐富的竹材生物質原材料為前驅體，通過簡單的炭化及新的物理化學聯合活化的方法，制備出具有高比電容的超級電容器電極材料，并首次得到了通過以物理化學聯合活化的新方法制備出的竹炭材料具有很高的比電容量(267F/g)，且具有超高的循環使用壽命和穩定性，在循環充放電5000次后，其比電容仍然保持在249F/g(即約下降6.78％)，充分證明本發明制備的竹炭材料可以成功的應用于超級電容器電極材料上。

發明內容

為了克服目前電池的存在著環境污染，以及原材料價格較貴缺點，本發明的目的在于提供竹炭作為超級電容器電極材料的制備方法。采用高溫炭化以及物理化學聯合活化的方式，制備出可循環使用且壽命長的超級電容器電極材料。本發明方法具有工藝操作簡單、重復性高、成本低廉、原材料來源廣泛等特點。

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種聯合活化法制備竹炭基超級電容器電極材料的方法，包括以下步驟：

步驟一、將竹子分別用乙醇和去離子水清洗后，在溫度60～120℃下烘干12～48小時；

步驟二、將烘干后的竹子置于瓷舟中，然后放置在高溫爐內，在氬氣保護下，以10-30℃/分鐘的升溫速度升溫至500-1000℃，炭化1-12小時，得到竹炭；

步驟三、將竹炭研磨成粉末，用10～300目的篩子過篩，獲得顆粒均勻的竹炭粉末；

步驟四、將竹炭粉末加入堿性溶液中，攪拌10～30min，然后直接將混合料液蒸發烘干，并以10-30℃/分鐘的升溫速度升溫至500-1000℃，同時通入物理活化劑，活化1-12小時，自然冷卻，得到活化后的竹炭材料；

步驟五、將竹炭材料分別通過去離子水和乙醇浸泡，干燥，得到竹炭基超級電容器電極材料。