[發(fā)明專利]去除電極材料中金屬離子的方法及超級電容器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911318218.0
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111128566B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李峰波;袁國卿
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/34;C01B32/378
• 代理公司: 北京天達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11386
• 代理人: 叢洪杰

本發(fā)明涉及一種去除電極材料中金屬離子的方法及超級電容器，屬于新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有去除金屬離子的工藝需要對材料進行反復(fù)處理，產(chǎn)生大量的含酸廢水，造成極大的環(huán)保處理壓力，并且現(xiàn)有工藝處理后的電極材料中金屬離子的濃度之和過高，無法滿足超級電容電極炭材料中金屬離子濃度之和小于200ppm的技術(shù)要求的問題。去除電極材料中金屬離子的方法，包括如下步驟：步驟1：配置水炭漿料；步驟2：采用臭氧接觸氧化法對水炭漿料中的原料炭進行表面氧化處理；步驟3：對經(jīng)過臭氧接觸處理后的水炭漿料進行加熱處理。本發(fā)明通過采用臭氧接觸氧化和加熱處理的方式實現(xiàn)了將多種金屬離子的含量之和去除到小于60ppm的水平。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種去除電極材料中金屬離子的方法及超級電容器。

背景技術(shù)

目前隨著對能源的消耗快速增長，各種環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展問題日益突出。如果要解決這些問題，能量的儲存與能源管理是關(guān)鍵的技術(shù)。超級電容器，即雙層電容器(EDLC)，是一種電化學(xué)儲能設(shè)備，其所儲存的能量遠超過了傳統(tǒng)的電解電容器。超級電容器可以看作對稱的碳-碳電化學(xué)電容器，其獨特的性能是建立在基于極化電極材料以及其表面吸附的離子層而形成的納米級電容器。超級電容器能夠在極短的時間內(nèi)進行能量收集，然后根據(jù)需要釋放能量。在市場應(yīng)用中，超級電容器主要應(yīng)用于汽車和靜態(tài)系統(tǒng)中，能節(jié)省10％～40％的能量，將間歇可再生能源接入到混合能源系統(tǒng)時，超級電容在穩(wěn)定電流方面也發(fā)揮了重要的作用。

盡管超級電容器已經(jīng)投入商業(yè)化應(yīng)用，但還需根據(jù)實際需求不斷改進，改善現(xiàn)有的電極材料和開發(fā)新材料。工業(yè)化超級電容主要采用納米孔碳材料作為電極材料，其具有原料種類豐富、低成本、化學(xué)惰性、良好導(dǎo)電性、結(jié)構(gòu)和表面功能多樣化等優(yōu)點。因此對電極碳材料的研究也在不斷深入。有不同類型的碳都可以作為超級電容電極的活性材料，其中包括：粉末活性炭、活性碳纖維、碳納米管及其他納米碳、碳氣凝膠等。還有許多新型的實驗室規(guī)模的碳材料被嘗試作為電極材料，但在工業(yè)應(yīng)用方面，成本和性能是一個碳材料成功的基本因素。目前市場上可買到的活性炭材料包括：木材基活性炭、椰殼活性炭、煤基活性炭等，這些原料來源廣泛，價格便宜，但這些炭并不是為儲能而生產(chǎn)的，存在很多問題：純度低、表面基團含量高、粒度分布不均勻，這些缺陷都會導(dǎo)致器件的壽命非常短。需要在現(xiàn)有活性炭材料的基礎(chǔ)上，針對超級電容專門開發(fā)或改良新的碳材料。

未經(jīng)任何特殊處理的天然活性炭是不能直接應(yīng)用于超級電容，其含有雜質(zhì)，特別是金屬離子。金屬離子的存在，一方面可能引發(fā)其他電化學(xué)現(xiàn)象，如會引起短路或產(chǎn)生自放電，另一方面會引起電解液的電解造成器件鼓包，從而縮短電池的壽命或是造成嚴(yán)重的安全隱患。所以，去除微量金屬離子是所有超級電容炭材料生產(chǎn)中非常重要的工序。目前工業(yè)上處理多采用氧化加酸洗的方法，這一過程用到較大量的氧化劑過氧化氫，硝酸，以及無機酸硫酸、鹽酸(EP1176617(2002)for Honda Motor and Kuraray Co.,WO2004011371(2004)for Kuraray Chemical and Honda,US20080201925(2008)for Maxwell Technologies,WO2008106533(2008)for Maxwell Technologies)，為了達到較低的金屬離子含量必須對材料進行反復(fù)處理，由此會產(chǎn)生大量的含酸廢水，造成極大的環(huán)保處理壓力。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種去除電極材料中金屬離子的方法及超級電容器，至少能夠解決以下技術(shù)問題之一：(1)現(xiàn)有去除金屬離子的工藝需要對材料進行反復(fù)處理，產(chǎn)生大量的含酸廢水，造成極大的環(huán)保處理壓力；(2)現(xiàn)有工藝處理后的電極材料中金屬離子的濃度之和過高，無法滿足超級電容電極炭材料中金屬離子濃度之和小于200ppm的技術(shù)要求。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一方面，本發(fā)明提供了一種去除電極材料中金屬離子的方法，包括如下步驟：

步驟1：配置水炭漿料；