[發明專利]用于制備超級電容的活性炭石墨烯改性方法

在審

• 申請號: 202110229692.7
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112919466A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 張永林;杜建平;王繼生;張曦;王普平;韓青青
• 申請（專利權）人: 北海艾米碳材料技術研發有限公司
• 主分類號: C01B32/354
• 分類號: C01B32/354;C01B32/184;H01G11/26;H01G11/32
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 李開成

本發明公開了一種用于制備超級電容的活性炭石墨烯改性方法，包括：步驟一、將活性炭置于750～800℃的氮氣或氬氣保護條件下，進行脫氧得到活性炭脫氧料；步驟二、活性炭脫氧料冷卻，然后使用0.5～5％質量濃度的硝酸鎳或硝酸鐵或硝酸鈷溶液中浸漬1～3h，在100～120℃溫度下干燥至水分含量1％以下，得到活性炭浸漬料；步驟三、將活性炭浸漬料置于800～1000℃的氬氣保護條件下，保溫30～180min，然后自然冷卻即可。采用本案方法生成的活性炭灰分低，微孔發達，碘吸附值高，提高了活性炭吸附能力，生成的石墨烯能夠與活性炭本身很好的結合，提高了活性炭的導電性。

技術領域

本發明涉及活性炭改性技術領域，更具體地說，本發明涉及一種用于制備超級電容的活性炭石墨烯改性方法。

背景技術

超級電容器是指介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時又具有電池的儲能特性。超級電容器是通過電極與電解質之間形成的界面雙層來存儲能量的新型元器件。當電極與電解液接觸時，由于庫侖力、分子間力及原子間力的作用，使固液界面出現穩定和符號相反的雙層電荷，稱其為界面雙電層。把雙電層超級電容看成是懸在電解質中的2個非活性多孔板，電壓加載到2個板上。加在正極板上的電勢吸引電解質中的負離子，負極板吸引正離子，從而在兩電極的表面形成了一個雙電層電容器。雙電層電容器根據電極材料的不同，可以分為碳電極雙層超級電容器、金屬氧化物電極超級電容器和有機聚合物電極超級電容器。

活性炭作為超級電容器碳電極中最經濟的材料被廣泛應用。廉價電極材料活性炭的各項性能直接影響著超級電容器在民用儲能領域的快速推廣。目前由于活性炭作為超級電容電極與其它碳材料相比，存在導電性能較差的缺陷，如何提高活性炭導電性已經成為活性炭研究的熱點之一。石墨烯的高導電率已經在活性炭領域得到關注，已經有人將氧化石墨烯粉末與活性炭混合來提高活性炭的導電率并取得了相關專利，但是由于氧化石墨烯含氧，石墨烯的導電性大大降低，并且氧化石墨烯與活性炭互為獨立的顆粒，很難有導電橋產生，電阻率很大，因此很難獲得理想的導電性。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

本發明的另一個目的是提供一種用于制備超級電容的活性炭石墨烯改性方法，克服活性炭作為超級電容器原料進行石墨烯改性后與石墨烯難結合互為獨立的顆粒導致難產生導電橋以及活性炭本身作為超級電容器原料導電性能較差的缺陷。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種用于制備超級電容的活性炭石墨烯改性方法，包括：

步驟一、將活性炭置于750～800℃的氮氣或氬氣保護條件下，進行脫氧得到活性炭脫氧料；

步驟二、活性炭脫氧料冷卻，然后使用0.5～5％質量濃度的硝酸鎳或硝酸鐵或硝酸鈷溶液中浸漬1～3h，在100～120℃溫度下干燥至水分含量1％以下，得到活性炭浸漬料；

步驟三、將活性炭浸漬料置于800～1000℃的氬氣保護條件下，保溫30～180min，然后自然冷卻即可。

上述技術方案中，采用硝酸鐵或硝酸鎳或硝酸鈷對脫氧后的活性炭進行浸漬，將經浸漬的活性炭置于高溫及充滿氬氣的環境下進行石墨化處理，沿著浸漬面生成石墨烯。采用本案方法生成的活性炭灰分低，微孔發達，碘吸附值高，提高了活性炭吸附能力，生成的石墨烯能夠與活性炭本身很好的結合，提高了活性炭的導電性。在高溫下NO-與碳石墨生成類吡啶基和類吡咯基提高了電極電容性能?；钚蕴勘砻嬗捎诮饘匐x子的存在，增加了超級電容器的贗電容，提高了超級電容器活性炭電極的比容量。在金屬離子的催化下，降低了活性炭表面石墨化的溫度，從2500-3000℃降低到800-1000℃，節約了能耗。

優選的是，所述的用于制備超級電容的活性炭石墨烯改性方法中，所述步驟一中，所述氮氣或氬氣的濃度為99.5％。