[發(fā)明專利]一種樟樹基多孔活性炭及其制備方法和在電化學(xué)儲(chǔ)能中的應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810961675.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN108715447A
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)效波;鄒國(guó)強(qiáng);侯紅帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/318
• 分類號(hào): C01B32/318;C01B32/348;H01G11/44;H01G11/24;H01M4/587;H01M10/054
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發(fā)明公開了一種樟樹基多孔活性炭及其制備方法和在電化學(xué)儲(chǔ)能中的應(yīng)用，樟樹基多孔活性炭的制備方法是將樟樹原料粉末與活化劑一起進(jìn)行高能球磨處理，高能球磨處理所得產(chǎn)物置于保護(hù)氣氛下進(jìn)行炭化處理，即得；樟樹基活性炭材料保持了樟樹木質(zhì)纖維原有生物組織及有序孔結(jié)構(gòu)，且比表面積大，傳質(zhì)速度快，將其用于制備鈉離子電池負(fù)極材料或雙電層電容器電極材料，可以獲得能量密度高、循環(huán)性能較好的鈉離子電池或高容量的電容器；且該活性炭的制備成本低、操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短，滿足工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多孔碳材料，特別涉及一種樟樹基多孔活性炭及采用樟樹原料通過高能球磨和高溫炭化制備樟樹基多孔活性炭的方法，還涉及樟樹基多孔活性炭作為電極材料在電化學(xué)儲(chǔ)能中的應(yīng)用，屬于電化學(xué)儲(chǔ)能材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

多孔碳材料因其高的比表面積，制備容易，微結(jié)構(gòu)易調(diào)節(jié)，形式多樣，以及良好的導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性而備受關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于吸附劑、催化劑載體以及儲(chǔ)能方面。目前，活性炭的來源主要是富含碳的有機(jī)材料，包括無煙煤、瀝青、果殼、農(nóng)作物的副產(chǎn)物等；其活化方法主要包括物理活化法、化學(xué)活化法。其中物理活化是在加熱過程中采用氮?dú)?、水蒸氣、二氧化碳等氣體進(jìn)行活化，化學(xué)活化主要是用NaOH、HNO₃、H₃PO₄、Na₂CO₃和ZnCl₂等在較高溫度下進(jìn)行活化?？偟膩碚f，活化過程通常分為2步，首先對(duì)原材料進(jìn)行預(yù)炭化的過程，然后將預(yù)炭化所得的材料與活化劑按一定比例混合均勻后再進(jìn)一步高溫活化。Ding等人使用稻殼做前驅(qū)體，先使用硫酸水熱活化，然后在400℃下預(yù)碳化30min，最后在800℃下使用NaOH、KOH、H₃PO₄活化1h(The production of hydrochar-based hierarchical porouscarbons for use as electrochemical supercapacitor electrode materials,Colloids and Surfaces A:Physicochem.Eng.Aspects,2013,423,104–111)；相對(duì)物理活化來說，化學(xué)活化所用的時(shí)間更短，得到的活性炭比表面積更大。而兩步的化學(xué)活化方法過程比較繁瑣，能耗較大，產(chǎn)率較低。

超級(jí)電容器電極材料主要有過渡金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物以及各種碳基材料。然而，制備這些碳材料往往需要昂貴的、不可再生的原材料，高成本的無機(jī)模板，繁雜的制備步驟或長(zhǎng)的制備時(shí)間與高的能量消耗。生物質(zhì)多孔活性炭材料可再生、來源廣泛且價(jià)格低廉，是制備多孔碳材料的首選碳源，也是最具前景的超級(jí)電容器電極材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種比表面大，且具備豐富微孔/介孔結(jié)構(gòu)的樟樹基多孔活性炭。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是在于提供一種以樟樹為原料通過高能球磨結(jié)合高溫炭化工藝制備樟樹基多孔活性炭的方法，該方法成本低，工藝流程短，易于操控，滿足工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是在于提供一種樟樹基多孔活性炭的應(yīng)用，將樟樹基多孔活性炭應(yīng)用于制備鈉離子電池負(fù)極材料或者雙電層電容器電極材料，可以獲得高性能鈉離子電池及雙電層電容器。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種基于高能球磨輔助制備樟樹基多孔活性炭的方法，該方法是將樟樹原料粉末與活化劑一起進(jìn)行高能球磨處理，高能球磨處理所得產(chǎn)物置于保護(hù)氣氛下進(jìn)行炭化處理，即得。