[发明专利]竹质双电层类电容器电极活性炭的生产方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种竹质双电层类电容器电极活性炭的生产方法，该方法属于化学工业中活性炭生产领域。

背景技术

超级电容器(Supercapacitors or Ultracapacitors)是电化学超级电容器(Electrochemical Supercapacitors，ES)或电化学电容器(Electrochemical Capacitors，EC)的简称，是在20世纪末迅速发展起来的一类新型储能器件。超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的新型电能储存与转换装置，超级电容器的能量密度是传统电容器的数百倍，功率密度高出电池两个数量级，很好地弥补了电池功率低、大电流充放电性能差和传统电容器能量密度小的缺点。此外，超级电容器具有温度适应范围宽、循环寿命长(大于10万次)、充放电速度快(几毫秒)、循环效率高(大于99％)、无污染等优良特性，可广泛应用于节能、新能源、军工、电子和工业等重要的领域，有希望成为21世纪新型的绿色能源。

超级电容器按储能机理可分为三类：①采用RuO₂等贵金属氧化物做电极的电容器是在氧化物电极表面及体相中发生的氧化还原反应而产生的吸附电容，这种电容被称为法拉第准电容；②采用高比表面积活性炭的电容器是基于碳电极/电解液界面电荷分离所产生的双电层电容；③采用不同的电极材料分别做电容器的两极，使所制备的电容器同时具有双电层电容和法拉第准电容，即所谓的混合电容。

超电容静电海水淡化技术是利用电容静电脱盐(Capacitive deionization，CDI)原理开发出的一项海水淡化新技术，该技术的核心部件是一种流过式电容器(Flow-through capacitor，FTC)，FTC利用大表面积的导电材料作为电极，当以低电压直流电对FTC充电，在电极两端施加电场，使得流过电极间海水中盐分的正、负离子各自向相反电性方向移动，并吸附在电极表面形成双电层，电极间海水盐的浓度降低，低盐的水可以流动，通过淡水管道流出取得淡水，双电层内的离子因吸附不能移动，这一过程称为“充电富集”，此时因充电，储存一定的能量。放电后电极间的电场消失，被吸附在电极表面的盐分的正、负离子解吸回到电极间的海水中，海水盐的浓度增加，通过浓水管道排除浓海水，这一过程称为“放电解吸”。

对FTC进行循环的充放电操作，就可实现海水的淡化与浓缩，淡化的海水经进一步的净化就可用于工农业生产与日常生活使用，浓缩的海水还可进一步提取海盐。

双电层电容器的性能由电极材料和电解液两大关键因素决定的，双电层FTC的性能也是由电极材料决定的。由此可见，双电层类电容器电极材料的研究与制造工艺也就成为双电层类电容器研究的重点。

目前，各种超级电容器的电极材料可分为：炭材料、过渡金属氧化物及有机聚合物等几大类。在这些电极材料中，炭材料的研究起步最早、技术也最成熟，炭材料主要有：活性炭、活性炭纤维、碳气凝胶及纳米碳管等。研究的重点在于如何提高炭材料在双电层电容器的比电容，双电层电容器比电容的提高必须增大电极材料的有效比表面积，还要有利于电解液与电极表面的接触和电解液在电极材料孔道的进出。

活性炭原料来源丰富、价格低廉，但将木材、椰壳、竹屑等材料直接低温炭化出的“炭化料”，只能满足低端用户的使用要求；采用化学法生产的活性炭的性能却得以大大的提高，化学法生产中运用活化剂来提高活性炭的性能，常用的活化剂有：金属氯化物(如：氯化锌ZnCl₂、氯化钙CaCl₂、氯化镁MgCl₂、氯化钠NaCl等)、磷酸H₃PO₄和苛性碱(如：氢氧化钾KOH、氢氧化钠NaOH等)等。

将木质纤维素类原料以氯化锌、磷酸为活化剂制备的气相吸附颗粒状活性炭，比表面积800-1,200m²/g，亚甲基蓝脱色力10-15mL，焦糖脱色力80％-120％，灰分含量2％-12％，主要用作脱色剂。

但在汽油与有机溶剂回收、天然气贮存、超级电容器电极及催化剂载体的使用中，普通活性炭的品质和使用效果都难以令人满意。