[发明专利]超级电容器用活性炭电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，特别涉及一种超级电容器用活性炭电极材料的制备方法。

背景技术

近几年发展起来的超级电容器既具有传统物理电容的高比功率和循环性，又具有化学电源的高比能量特性，故它既能满足要求高比功率的使用条件，又能满足要求高比能量的使用条件。由于超级电容器具有优良的脉冲充放电性能以及传统物理电容所不具有的大容量储能性能，在高能脉冲激光器中的应用已经引起了人们的广泛关注。同时，因其存储能量大，质量轻，可无限次充放电而被人们用作计算机系统和无线电通讯设备的备用电源。随着环保型电动汽车研究的兴起，超级电容器可以独立或与二次电池（如铅酸电池或锂离子电池）组合作为电动汽车的电源系统，具有十分广泛的应用前景。

超级电容器的储能是基于电极充电下形成的双电层，因此要求电极的材料应当具有很高的比表面积和适当大的密度。活性炭因具有较高的比表面积、来源广泛及价格低廉等优势受到人们的广泛的关注。在制备活性炭的所有原料中天然林是主要的来源，但随着天然林保护工程的实施，国内木材产量锐减，木质碳源已经不能满足国民经济快速发展特别是高科技飞速发展的需要。在“以人为本，可持续发展”的背景下，竹类资源因生产周期短、繁殖速度快、含碳量高，含硫量和灰分含量极低，具有很高的比表面积和导电性，在超级电容器应用领域受到广泛的关注。但传统的方法生产活性炭，反应时间长、能耗高、活化剂用量大、生产成本高、污染严重，生产出的活性炭电容不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超级电容器用活性炭电极材料的制备方法，克服目前活性炭电极材料制备方法成本高、污染严重的问题，同时提高材料的电容。

本发明采用的技术方案如下：

超级电容器用活性炭电极材料的制备方法，将干燥的竹屑依次进行碱浸、微波活化、酸洗、水洗，微波活化时微波辐射功率为100-1000W，时间10-20min，温度650-750℃。

碱浸步骤前先进行γ射线辐照，辐照采用⁶⁰Co γ射线源，辐照剂量率2.6×10³Gy/h，辐照剂量为50-50000Gy。

具体的，竹屑粉碎至长度为1-15mm，在100-120℃干燥1-2h。

碱浸时将干燥后的竹屑置于质量浓度为10-30%的氢氧化钾溶液中浸泡10-48h，溶液中氢氧化钾与竹屑的质量比为1-5:1。

微波活化后进行冷却，水洗后用质量浓度为5-10%的盐酸水溶液浸泡4-8h。

更为具体的，步骤如下：

1）将竹屑粉碎至长度为1-15mm，然后在100-120℃温度下干燥1-2h；

2）将步骤1）得到的原料采用γ射线源辐照，辐照的具体条件是采用⁶⁰Co γ射线源，辐照剂量率2.6×10³Gy/h，辐照剂量为50-50000Gy；

3）将步骤2）得到的原料置于质量浓度为10-30%的氢氧化钾溶液中浸泡10-48h，氢氧化钾与竹材的质量比为1-5:1，氢氧化钾可选择纯度为98%的工业级氢氧化钾；

4）将步骤3）得到的过滤后的混合物进行微波活化，微波辐射功率为100-1000W，微波辐射时间10-20min，反应温度650-750℃；

5）将步骤4）得到的冷却后的产物用蒸馏水冲洗，回收过量的氢氧化钾，而后采用5-10%的工业盐酸水溶液进行4-8h的浸泡；

6）将步骤5）得到的产物用蒸馏水冲洗至PH值达到中性，烘干，即得到所述超级电容器用活性炭电极材料。

本发明旨在提高材料的电容，重点从增加活性炭比表面积、提高其中孔率、对其表面改性方面入手去提高其电容。

方法中采用微波活化时，主要是通过微波引发毛竹与活化剂的加热，并使之发生反应，生成高比表面积活性炭，制备周期短、能耗低；采用⁶⁰Co γ射线对炭源毛竹进行辐照，射线的强穿透性可以打破毛竹的细胞壁，使活化剂碱液易于均匀地浸入到毛竹细胞内部，且射线的高能量使炭源内部形成较多的活化点。同时，在活性炭表面引进含氧官能团，使炭材料的浸润性增强，电阻减小，赝电容的作用也会使活性炭的电容提高。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

1、以竹材及竹材加工废弃物为原料，价格低廉、来源广泛，既有利于废弃物综合利用和环境保护，也可以降低活性炭的制造成本；