[發明專利]一種超級電容電極材料活性炭的碳環層層間距擴展處理制備方法

在審

• 申請號: 202110321714.2
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113060729A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 杜丕一;李谷堯;馬寧;王宗榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B32/354
• 分類號: C01B32/354;H01G11/24;H01G11/34
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.一種超級電容電極材料活性炭的碳環層層間距擴展處理制備方法，其特征在于，對采用三步法物理活化工藝制得的活性炭的成品粉末進行高溫反應調控處理，通過控制反應氣氛、氣壓，反應時間和反應溫度以控制在碳環層中形成空位缺陷并控制缺陷數量，從而控制碳層之間的范德瓦爾斯鍵來調控擴展炭層間距，使得制備的活性炭碳環層層間距為0.384～0.405nm。

2.根據權利要求1所述的超級電容電極材料活性炭的碳環層層間距擴展處理制備方法，其特征在于，在處理過程中控制反應氣體與碳之間不會發生劇烈的氧化作用，但會在碳環層中形成碳空位缺陷，所述劇烈的氧化作用指程度強于水蒸氣與碳的反應。

3.根據權利要求1所述的超級電容電極材料活性炭的碳環層層間距擴展處理制備方法，其特征在于，所述高溫反應調控處理包括如下步驟:

步驟一：將采用三步法物理活化工藝制得的活性炭的成品粉末置于氧化鋁缽體中，并置于氣氛保護高溫爐中或置于管式爐中。接著開始充入氮氣或氬氣氣體以排出爐中的氧氣氣氛，其中保持充入氣體的流速控制為高溫爐內每單位反應室體積(m³)0.005～0.008m³/min，并同時以9-12℃/min的速度由室溫升溫至650～850℃；

步驟二：當達到設定反應溫度650～850℃時，停止保護氣氛氮氣或氬氣的充入，改為充入純CO₂氣體作為反應氣氛，于650～850℃的溫度下保溫2～7h；其中，反應氣體的流速控制為0.01～0.025m³/min.(每千克物料)；

步驟三：反應結束后，將純CO₂反應氣氛改為氮氣或氬氣保護氣氛，保持充入氣體的流速控制在高溫爐內每單位反應室體積(m³)0.002～0.004m³/min，隨爐降溫至室溫，然后停止保護氣氛充入并得到具有寬層間距的高性能活性炭粉末。

4.根據權利要求3所述的超級電容電極材料活性炭的碳環層層間距擴展處理制備方法，其特征在于，所述活性炭的成品粉末為經三步法物理活化工藝制得的活性炭再經過酸洗、去雜、粉磨等處理工藝后的成品活性炭粉料。

5.根據權利要求3所述的超級電容電極材料活性炭的碳環層層間距擴展處理制備方法，其特征在于，以所述方法制得的活性炭制備得到的超級電容器單電極比電容達106.4～146.7F/g，能量密度為26.75～37.04Wh/kg。