[发明专利]一种超级电池用活性炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料，具体涉及一种超级电池用活性炭的制备方法。

背景技术

超级电容器亦称电化学电容器，是近些年来发展起来的一种新型绿色储能器件，具有快速充放电、功率密度大、循环寿命长等特点。基于这些优异的性能，超级电容器可以作为无污染的后备电源用于多种电器设备，同时它也可与电池共同组成复合电源为电动汽车提供动力，近年来受到广泛关注并得到快速发展。

活性炭是一种重要的工业原料，因其来源丰富、成本低廉、具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面官能团、结构稳定等优点成为超级电容器的首选电极材料，得到了广泛的应用。

壳聚糖(chitosan)是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖。自1859年，法国人Rouget首先得到壳聚糖后，这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域的应用研究取得了重大进展。

由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）研发的超级电池，是将超级电容器与铅酸电池由并联使用(“外并”)进化为“内并”,即将双电层电容器的高比功率、长寿命的优势融合到铅酸电池中，在保持“外并”提高功率、延长电池寿命优点的同时，又能简化电路，提高比能量，并降低总费用。超级电池与传统铅酸蓄电池相比：功率可提高20～50％，寿命至少可延长2～3倍，此外超级电池可以变更组合，适应各种用途，除了电动车辆的动力之外，还可适用于固定型电池、UPS、边远地区的光伏系统等。

值得注意的是，超级电池的性能突破依靠的是将高比表面炭材料或炭电极应用到铅酸电池中，即“铅炭复合”。高比表面炭材料在高功率充放电和脉冲放电时可提供双电层电容，减弱大电流对负极的损害，可以有效的抑制大晶粒的硫酸铅的累积，提高电池的充电接受能力，延长电池使用寿命。从超级电池的研发可以看出，炭材料起到了关键的作用，这就要求超级电池用炭材料在铅酸蓄电池环境下具有高比电容，而且在高浓度硫酸中性质稳定。因此，一种在硫酸电解液中具有高比电容性质及电化学性能稳定的炭材料是实现超级电池功能的关键技术之所在。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在铅酸蓄电池环境下具有高比电容、电化学性能稳定的超级电池用活性炭的制备方法，从而进一步提高超级电池功率、循环寿命等性能。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种超级电池用活性炭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将壳聚糖溶解在醋酸溶液中, 磁力搅拌至壳聚糖全部溶解，然后加入交联剂溶液，搅拌均匀后形成壳聚糖有机湿凝胶，在室温下老化20～24小时；所述的醋酸溶液的体积浓度为 0.5～2%，壳聚糖与醋酸溶液的质量体积比为0.02～0.1g/mL；壳聚糖与交联剂的用量比为0.5～1g/mmol；

（2）室温下用NaOH溶液中和过量的醋酸，用水洗涤至中性，然后在-50～-30℃下冷冻干燥12～24小时，得到壳聚糖气凝胶；

（3）将冷冻干燥后的壳聚糖气凝胶在惰性气氛中高温炭化得到壳聚糖质活性炭。

进一步的，步骤（1）所述壳聚糖的分子量在20~100万范围内，脱乙酰度在85%~99%范围内。

进一步的，所述的交联剂为甲醛、戊二醛或其混合物。进一步的，所述的交联剂为甲醛与戊二醛的混合物，其摩尔比为1：（0.5～2）。

进一步的，步骤（3）所述的高温炭化的具体过程为：以5～8℃/min的速度从室温升至300℃，再以1～3℃/min的速度从300℃升至500℃，然后以5～8℃/min的速度从500℃升至800℃，并恒温保持1～5小时后，自然冷却至室温。

进一步的，所述的交联剂溶液的摩尔浓度为0.1～5 mol/L。

上述方法制备的壳聚糖质活性炭，在1mol/L的硫酸电解液中其比电容为269～121 F/g。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：