[發明專利]一種超級電容活性炭及其制備方法

有效

• 申請號: 201910326385.3
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110028067B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 吳克;羅鵬;徐熠;嚴明;陳翀
• 申請（專利權）人: 廣東煤基碳材料研究有限公司
• 主分類號: C01B32/33
• 分類號: C01B32/33;C01B32/348;H01G11/44;H01G11/34
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李敏

本發明屬于活性炭制備技術領域，具體涉及一種超級電容活性炭及其制備方法。該方法將褐煤熱溶催化重質組分與預氧化劑混合反應后，經炭化、活化反應后得到超級電容活性炭，該活性炭的比表面積大、總孔容和中孔率較高、導電性好。此外，超級電容活性炭的原料中的灰分和重金屬的含量較低，進而降低了超級電容活性炭的雜質含量，且可以較好的控制超級電容活性炭表面官能團的數目，有助于提高活性炭的導電率。

技術領域

本發明屬于活性炭制備技術領域，具體涉及一種超級電容活性炭及其制備方法。

背景技術

活性炭具有較大的比表面積、豐富的孔隙結構、耐高溫高壓、穩定的化學性質、能夠再生重復使用、價格低等優勢，可廣泛應用于凈化氣體、污水處理、催化劑載體、醫藥、軍工、新能源等技術領域。

近年來，全球范圍內大力推廣新能源汽車，各地也相繼暫停銷售傳統燃油汽車的時間表，對電動汽車的性能提出了更高的要求。目前，市售的電動車普遍存在充電時間長、續航里程短、使用壽命短等缺點，多以高功率密度、大比電容、高循環性的超級電容器替代常規電池來解決上述缺點。根據儲能機理不同，超級電容器可分為雙電層電容器、贗電容器和兩者混合型。贗電容器因其電極材料采用過渡金屬，儲能時會發生一系列氧化還原反應，存在循環性能穩定性差、充電時間長等缺點；雙電層電容器的電極材料為炭材料，以活性炭為主，活性炭具有較大的比表面積、豐富的孔隙結構、耐高溫高壓、穩定的化學性質、能夠再生重復使用、價格低廉等優勢，因此雙層電容器的循環穩定性較好，實用性更強，易實現產業化。

隨著新能源汽車的大力發展，對活性炭的要求越來越高，一般，活性炭的比表面積為1000～1500m²·g^-1，但已經難以滿足目前的需求，開發生產比表面積超過1500m²·g^-1、吸附容量大、雜質少、孔徑分布合理的超級活性炭已經迫在眉睫。活性炭的原料可以為任何一種含碳為主的物質，如植物果殼、瀝青等重質組分；但植物果殼受限于季節干擾、活性炭產率低、生產規模有限；瀝青等重質組分是煤炭加工過程的副產物，來源廣泛，資源豐富，價格低廉，目前主要應用于冶煉、建筑以及新型炭材料等行業，如何提高瀝青的高附加值、拓寬應用面已成當前的熱點。中國專利文獻CN108584952A，公開了一種球形多孔炭的制備方法，該方法包括將煤液化瀝青進行加熱處理得到瀝青熔體，經噴霧干燥處理、預氧化、炭化、活化得到球形多孔炭，但是該球形多孔炭的存在微孔發達、中孔率低、孔徑分布不合理及表面官能團過多的特點，使得其很難適用于超級電容器上。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中的制備的活性炭存在微孔發達、中孔率低、孔徑分布不合理等缺陷，從而提供一種超級電容活性炭及其制備方法。

為此，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供了一種超級電容活性炭的制備方法，包括，將褐煤熱溶催化重質組分與預氧化劑混合并反應，得到不熔化中間產物；

將所述不熔化中間產物與活化劑混合均勻得到混合物料，經炭化、活化后得到所述超級電容活性炭。

進一步地，將所述不熔化中間產物與活化劑混合時，還包括加入潤濕劑得到混合物料的步驟，其中，所述不熔化中間產物、所述活化劑與所述潤濕劑的質量比為1：(1-5)：(0.0001-0.0005)。

更進一步地，在所述不熔化中間產物與活化劑混合前，還包括，先將活化劑溶于水中步驟。

所述活化劑為KOH、NaOH和NaHCO₃等的至少一種；

所述潤濕劑為丙酮、甲醇和乙醇中的至少一種。

所述褐煤熱溶催化重質組分與預氧化劑的質量比不小于2:1。

所述褐煤熱溶催化重質組分與預氧化劑混合后，以0.5-1.5℃/min的升溫速率升溫至250-350℃，保溫1-20h，反應得到所述不熔化中間產物。