[發明專利]一種多孔電極碳材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202211069814.1
• 申請日: 2022-09-01
• 公開（公告）號: CN115353092A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 馬春印;付真;陳凱玲;李興娜;王建南;文洪杰;盧青;李群;王玉平
• 申請（專利權）人: 愉悅家紡有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01G11/36;H01M4/96
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 付麗

本發明提供一種多孔電極碳材料的制備方法，包括以下步驟：A)將固態多聚甲醛和堿試劑在水中溶解，得到甲醛溶液；B)將間對甲酚、所述甲醛溶液混合后，加入SBA?15介孔分子篩和堿催化劑，在恒溫下培養凝膠，得到濕凝膠；C)將所述濕凝膠浸入聚醚溶液中，進行水置換，干燥后得到干凝膠；D)將所述干凝膠在保護性氣氛下碳化，得到多孔電極碳材料。與現有的超臨界干燥制備多孔電極碳相比，在解決甲醛長時間存儲的前提下，本發明中的制備方法簡單、成本低，且能夠工業化批量生產。本發明還提供了一種多孔電極碳材料及其應用。

技術領域

本發明屬于超級電容器技術領域，尤其涉及一種多孔電極碳材料、其制備方法及應用。

背景技術

超級電容器的電極材料主要是由多孔碳材料組成，包括碳納米管、活性炭、石墨烯、多孔納米電極碳等。由于多孔納米電極碳是一種具有連續納米多孔材料結構的新型碳材料，具有高比表面積、高孔隙率、良好導電性以及孔徑可控等性能，受到廣泛關注。將間苯二酚和甲醛作為原料，通過溶膠-凝膠及超臨界干燥等過程制得具有低密度、低熱導率的有機電極碳，經過進一步的高溫碳化過程制得了多孔納米電極碳。這一開創性工作為多孔納米電極碳材料的發展及應用奠定了基礎，掀起了多孔納米電極碳研究的熱潮。經過近三十年的研究，科研人員不斷開發出多孔納米電極碳新的應用領域，特別是其作為電化學儲能的核心電極材料，以及在電容、去離子水凈化中的應用，表現出優異的不可取代的特性。然而，多孔納米電極碳的工業化制備卻始終未能實現突破。這主要歸因于不同于實驗室的少量實驗，批量工業化制備過程中的孔結構受影響因素較多，導致最終產品比表面積較小、孔徑不均等問題頻發；另外制備多孔電極碳的三種主要原料中，間苯二酚價格高昂，導致產品成本過高，嚴重限值了批量生產和市場推廣；甲醛溶液長期、過量的存儲會導致甲醛溶質析出、污染空氣等問題，影響產品質量和空氣環境。近年來，電化學儲能行業迅速崛起，多孔納米電極碳作為一種優秀的電極材料，應用前景明朗，市場空間廣闊，如何在工業化批量生產的過程中，保持高比表面積、孔徑可控，并降低低生產成本，意義重大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多孔電極碳材料、其制備方法及應用，本發明中的多孔電極碳材料比表面積高、孔道結構均一，且成本低，具有更好的安全性和環保性。

本發明提供一種多孔電極碳材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將固態多聚甲醛和堿試劑在水中溶解，得到甲醛溶液；

B)將間對甲酚、所述甲醛溶液混合后，加入SBA-15介孔分子篩和堿催化劑，在恒溫下培養凝膠，得到濕凝膠；

C)將所述濕凝膠浸入聚醚溶液中，進行水置換，干燥后得到干凝膠；

D)將所述干凝膠在保護性氣氛下碳化，得到多孔電極碳材料。

優選的，所述步驟A)中的堿試劑為氫氧化鈉，所述步驟A)中溶解的溫度為70～80℃。

優選的，所述甲醛溶液的質量濃度為37％。

優選的，所述間對甲酚與固態多聚甲醛的摩爾比為1：(1～3)；

所述SBA-15介孔分子篩與間對甲酚的摩爾比為1：(50～100)。

優選的，所述堿催化劑為氫氧化鈉，所述堿催化劑與間對甲酚的摩爾比為1：(100～300)。

優選的，所述聚醚溶液包括烯丙醇聚氧烷基醚，所述聚醚溶液的質量濃度為0.5～2％；

所述聚醚溶液與濕凝膠的質量比為(1～5)：1。

優選的，所述水置換的溫度為10～30℃，所述水置換的時間為5～10小時。

優選的，所述碳化的溫度為600～1100℃，所述碳化的保溫時間為100～150min。