[發明專利]碳酸鉀化學活化低階碳源基多孔碳的制備方法

在審

• 申請號: 202010715641.0
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111977651A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 王麗杰;苗繼春;高偉;郭鵬;曹善橋;李森
• 申請（專利權）人: 大唐可再生能源試驗研究院有限公司
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;C01B32/324;C01B32/318;C01B32/205;H01G11/24;H01G11/44
• 代理公司: 北京中南長風知識產權代理事務所(普通合伙) 11674
• 代理人: 鄭海

本發明目的是提供一種孔隙發達、石墨化度較好，制備過程簡單，具有明顯的石墨化結構，可在電化學儲能如雙電層超級電容器電極材料領域加以應用的碳酸鉀化學活化低階碳源基多孔碳的制備方法。本發明的碳酸鉀化學活化低階碳源基多孔碳的制備方法,其將低階碳源加工成粉末狀，并加以干燥；將2—5重量份的碳酸鉀溶解于水中，得到碳酸鉀溶液，然后向碳酸鉀溶液中加入1重量份的步驟A得到的粉末狀低階碳源，再將混入了粉末狀低階碳源的碳酸鉀溶液置于攪拌機中攪拌均勻，得到混合物。將步驟B得到的混合物的置于氣氛爐內，氣氛爐內充有氮氣或氬氣，讓氣氛爐以3℃/min—20℃/min的速率升溫，將氣氛爐升溫至900℃—1300℃。

技術領域

本發明涉及一種碳酸鉀化學活化低階碳源基多孔碳的制備方法。

背景技術

與常規化學電池相比，超級電容器具有使用壽命長、功率密度高、充放電速率快、工作溫限寬等優勢，在太陽能、風力發電、新能源汽車、智能電網等應用領域具有廣泛的應用。電極材料是超級電容器的關鍵部件，主要以碳基材料、過渡金屬氧化物和高分子聚合物為主。

根據超級電容器比電容、功率與能量的計算公式C＝εA/d、E＝1/2CV²和P＝U²/R(C為比電容，ε與材料的導電率有關，A為比表面積，d為片層間距，U為電解液的工作電壓)，可以得出，超級電容器的比電容取決于電極材料的孔隙率和導電性。比表面積越高、導電性越好的電極材料，越可促進電解液離子的表面吸附和電子在電極內部的傳輸，從而有助于提高超級電容器的比電容、功率密度與能量密度。碳基電極材料由于物理化學性質良好、結構穩定、導電率高、環境友好等優點，在雙電層超級電容器中具有廣泛的應用，尤其是石墨烯、碳納米管、介孔碳等碳納米材料。這些碳納米材料比表面可達2000-3000m³/g，且具有較高的石墨化度，能夠提高導電性，因此常作為超級電容器的電極材料。但是這些碳納米材料制備成本高、工藝復雜，嚴重影響了超級電容器的應用范圍。

以煤或生物質為原料制備的多孔碳材料，因儲量大、原料成本低，為低成本碳基超級電容提供了思路。但常規物理活化或高溫碳化等過程制備的煤或生物質基多孔碳材料，孔隙結構不發達(比表面積一般低于1000m³/g)，多以無定型碳為主，難以滿足高性能雙電層電極材料對孔隙率和石墨化度的要求。

本發明要解決常規煤或生物質基多孔碳材料孔隙度和石墨化度欠發達的問題。以自然界廣泛存在、儲量豐富、成本低廉的低階碳源為原料，利用高溫氧化性熔鹽能夠刻蝕低階碳源的碳質結構，同時促進石墨片層結構生長，協調調控孔隙結構與石墨化度的能力，提出一種碳酸鉀化學活化低階碳源基多孔碳的制備方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種碳酸鉀化學活化低級碳源基多孔碳的制備方法，本發明可制備出孔隙發達、石墨化度較高的多孔碳，其發達的孔隙結構和較高的石墨化度有助于電解液離子的表面吸附和電子在電極內部的傳輸，能夠提高超級電容器的比電容、功率密度、能量密度及循環穩定性，其產品在雙電層超級電容器電極材料領域具有很好的應用潛力。

在本發明的碳酸鉀化學活化低階碳源基多孔碳的制備方法，其包括如下步驟：

A、將低階碳源加工成粉末狀，并加以干燥，所述低階碳源包括褐煤、次煙煤、稻殼、竹粉、椰殼、木粉、樹葉、木質素、纖維素；

B、將2—5重量份的碳酸鉀溶解于水中，得到碳酸鉀溶液，然后向碳酸鉀溶液中加入1重量份的步驟A得到的粉末狀低階碳源，再將混入了粉末狀低階碳源的碳酸鉀溶液置于攪拌機中攪拌均勻，然后將混合液烘干，得到混合物；

C、將步驟B得到的混合物的置于氣氛爐內，氣氛爐內充有氮氣或氬氣，讓氣氛爐以3℃/min—20℃/min的速率升溫，將氣氛爐升溫至900℃—1300℃，然后保溫0.5h—6h，保溫結束后將氣氛爐自然降至室溫，得到活化產物；

D、將步驟C得到的活化產物進行酸洗處理，然后再進行水洗處理，得到清洗后的活化產物；