[發明專利]一種超級電容器用廢舊輪胎熱裂解炭黑電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110831824.3
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113372737A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 陳建;伍言康;侯圣平;卿龍;李瑞;胡茂源
• 申請（專利權）人: 四川輕化工大學
• 主分類號: C09C1/48
• 分類號: C09C1/48;C09C1/56;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李媛

本發明公開了一種超級電容器用廢舊輪胎熱裂解炭黑電極材料的制備方法，以廢舊輪胎熱裂解炭黑為原料，經復合活化得到的電極材料既保留了材料原有的石墨化程度又增加了部分缺陷。該電極材料具有一定的孔隙結構，提高電極材料與電解液的界面面積，以此獲得更高的比電容，達到超級電容器用電極材料的標準。本發明成功實現廢舊輪胎熱裂解炭黑基超級電容用電極材料的制備，不僅提高了廢舊輪胎的資源化利用，還降低了超級電容用電極材料的成本，符合國家綠色發展要求，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于超級電容器電極材料技術領域，具體涉及一種超級電容器用廢舊輪胎熱裂解炭黑電極材料的制備方法。

背景技術

隨著車輛的增加，堆積如山的廢棄輪胎已成為“黑色污染”，嚴重的污染環境，對人們的健康生活造成了影響，回收利用成為亟待解決的問題。輪胎主要由55 ~ 60%的橡膠、30~ 33%的炭黑、6 ~ 9%的有機助劑以及3 ~ 6%的無機助劑組成，廢輪胎經熱解后可以回收油品、燃氣和熱裂解炭黑。熱裂解炭黑是輪胎熱解的關鍵產物，其品質制約著整個工藝的經濟效益性。因此，解決熱裂解炭黑的回收利用問題，不僅能提高廢舊輪胎的經濟效益，而且有利于環境綠色發展，具有重要意義。

由于多年來的能源消耗，許多不可再生能源日益枯竭，人們不得不面臨資源短缺的問題，再加之環境問題的日趨嚴重，研究者們致力于尋找一種新型的清潔能源裝置。作為新型儲能裝置的超級電容器，其具有高功率密度、長循環壽命、大比電容、較寬的充放電溫度窗口以及綠色環保等優點，被廣泛用于軍事、能源、航空等領域，如今已成為各國研究者所關注的熱點。

近幾年，許多研究學者將廢舊輪胎熱裂解炭黑用于超級電容器電極材料的研究。如Zhi等先將廢輪胎進行熱解，隨后經過鹽酸清洗、磷酸活化、鹽酸洗滌，得到比表面積為563 m²/g，孔體積為0.201 cm³/g的活性炭，最后制備成超級電容器，結果顯示，在電流密度為1 A/g時，其比電容為80 F/g，并且歐姆電阻率約為0.1 Ω.cm，表現出良好的導電性。Zhao采用稀酸對廢輪胎進行灰分處理，在溫度為700 ~ 900℃下通過水蒸氣對其活化，所得到的活性炭在超級電容器中作為電極材料時，當電流密度為1 A/g，經過循環100圈后，其比電容值保持在90 F/g左右，但水蒸氣與炭材料的C反應會生成H₂或其它碳氫化合物，而被炭表面吸附的氫則會逐漸造成活性點堵塞，從而抑制反應的進行，且操作相對復雜。發明專利201810885112.8公開了一種超級電容器用活性炭制備方法，利用二氧化碳在800~1000℃下進行活化，得到的超級電容器活性炭材料其比電容達110~187F/g。但上述方法制備的活化的活性炭比電容相對較低，達不到工業上實際所需要的超級電容器電極材料的標準。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種超級電容器用廢舊輪胎熱裂解炭黑電極材料的制備方法，解決基于廢舊輪胎熱裂解炭黑制備電極材料存在比電容相對較低，達不到工業上實際所需要的超級電容器電極材料的標準。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種超級電容器用廢舊輪胎熱裂解炭黑電極材料的制備方法，包括如下步驟：

1）將輪胎熱裂解炭黑置于管式爐中，在二氧化碳的氣氛下進行第一次活化，待反應結束后，在二氧化碳氣體保護下，冷卻至室溫，取出第一活化產物；

2）將步驟1）得到的第一活化產物中加入KOH混合均勻，然后加入 CTAB溶液，加熱至50℃攪拌使其充分均勻混合，待攪拌完成后干燥至無明顯溶液存在，再在氮氣的氣氛下進行第二次活化，待反應結束后，冷卻至室溫取出第二活化產物，用去離子水洗滌，抽濾并洗去殘余的KOH，隨后干燥，得到第二活化產物；

3）向步驟2）得到的第二活化產物中加入15 M HNO₃溶液，然后將其置于100~120℃下酸化2~3 h，再將酸化后的產物經洗滌、抽濾和干燥后，即得到所述電極材料。