[发明专利]一种超级电容器用活性炭制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种超级电容器用活性炭的制备方法。

背景技术

超级电容器作为新型储能元件，具有非常广泛的应用领域和巨大的潜在市场，备受各国政府和企业关注。根据储能原理的不同，超级电容器可分为双电层电容器和赝电容器。赝电容器的电极材料有金属氧化物和导电聚合物两类，双电层电容器的电极材料主要是各种高比表面积碳材料。目前产业化的超级电容器使用的电极材料主要是活性炭。石油焦由于原料丰富、碳含量高、灰分低、价格低廉而成为制备高比表面积活性炭的理想原料。目前石油焦基活性炭制备的有效方法是以KOH为活化剂，进行化学活化。但是由于石油焦结构致密，活化困难，限制了其比表面积和比容的提高。本发明对石油焦进行预炭化，并对炭化石油焦进行膨化处理，增大石墨微晶层间距，减小微晶厚度，降低活化难度，提高活性炭的比表面积和比容等性能。

 

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的制备方法，通过对石油焦进行预炭化和膨化处理，增大石墨微晶层间距，减小微晶厚度，控制预炭化温度、时间，膨化处理中HNO₃浓度、反应温度，活化中碱碳比、活化温度、时间等参数，制备高比表面积和高比容的活性炭。

本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为：将石油焦破碎，研磨，筛选粒度为104~124 μm的石油焦粉末为原料。将石油焦粉末放入坩埚炉，氮气保护下以20℃/min的速度升温至400~450 ℃，保温炭化1 h，得到炭化石油焦。往炭化石油焦中加入质量分数为30~50%的HNO₃水溶液，于30-50 ℃搅拌反应4 h，将产物抽滤，反复冲洗至中性，50 ℃干燥，然后于130-160 ℃进行膨化。将KOH与膨化石油焦按照质量比为KOH:石油焦=3:1的比例混合，将混合物放入坩埚炉内，在氮气保护下以相同的升温速度升温到800-850 ℃，保温活化2~3 h，将产物用HCl水溶液煮沸5 min，用去离子水反复清洗至中性，得到活性炭。

本发明的优点是：通过增大石墨微晶层间距，减小微晶厚度，降低石油焦活化难度，提高活性炭的比表面积和比容等性能。

附图说明

图1 为对比例1所得活性炭电极循环伏安曲线。

图2 为对比例1所得活性炭电极的比容随扫速变化曲线。

图3 为实施例1所得活性炭电极循环伏安曲线。

图4 为实施例1所得活性炭电极的比容随扫速变化曲线。

 

具体实施方式

对比例1

将石油焦破碎，研磨，筛选粒度为104~124 μm的粉体为原料。将KOH与粉末石油焦按照质量比KOH:石油焦=3:1的比例混合，将混合物放入坩埚炉，在氮气保护下以20℃/min的速度升温至400 ℃，保温1 h，继续以相同的升温速度升温到800 ℃，保温活化2 h，将产物用HCl水溶液煮沸5 min，用去离子水反复清洗至中性，得到活性炭。表1为石油焦石墨微晶的结构参数，其晶面间距（d₀₀₂）为0.344 nm，微晶厚度（Lc）为2.34 nm，微晶碳原子层数（N）为8。表2为活性炭的孔隙性参数。总孔容（V_t）为1.17 mL/g，其中微孔孔容(V_micro)为0.97 mL/g，微孔孔容占总孔容的比例(V_micro/V_t)为82.49%；比表面积(S_BET)为2216 m²/g，其中微孔比表面积（S_micro）为1978，微孔比表面积占总比表面积的比例（S_micro/ S_BET）为89.2%；平均孔径（L₀）为1.92 nm。