[发明专利]一种掺杂铝锑合金的复合活性炭电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种掺杂铝锑合金的复合活性炭电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于电池与传统静电容器之间的新概念能量储存器件，它具有更高的比电容，可存储的能量密度为传统静电电容器的10倍以上；而与电池相比，超级电容器具有更大的功率密度，且充放电效率高、循环寿命长等特性。由于具有以上诸多的优越性，超级电容器技术的开发一直受到研究者的追捧。但是超级电容器所面临的主要问题是能量密度比较低。为了提高超级电容器的性能，即在提高比能量的同时保持其大比功率等优势，我们采用不同的电极材料进行复合，不仅能够利用彼此的长处，并且对资源合理化运用，节约成本。目前二氧化锡以优良的导电性和稳定性受到广泛研究，通常对它进行掺杂使用。活性炭因其价格低廉、导电性好、比表面积大而备受关注，本发明将二氧化锡掺杂在活性炭中，其不仅能够实现大功率充放电，同时质量比能量也比较高。铝锑合金具有良好的导电性、导热性、机械性和抗蚀性，负载在炭基材料的表面提高了超级电容器的循环使用性能和比电容量，本发明的电极材料具有广泛的应用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂铝锑合金的复合活性炭电极材料及其制备方法。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：

一种掺杂铝锑合金的复合活性炭电极材料，由下列重量份的原料制成：铝锑合金2-4、二氧化锡1-2、硅酸三钙2-3、纳米碳酸镝1-2、膨润土0.5-1、改性废弃PVC基活性炭100-120、铝酸酯偶联剂1-2、蒸馏水10-15、聚乙二醇1-2；

所述改性废弃PVC基活性炭是由下列重量份的原料制成：硫酸钠2-3、硫酸铝钾1-2、电气石2-3、氨丙基三乙氧基硅烷2-3、硬脂酸钙1-2、氮化铝粉1-2、氧化石墨烯1-2、废弃PVC材料400-500、氢氧化钙15-25、20%的硫酸30-50；制备方法是将废弃PVC材料破碎、筛分后得到粒径在5-10mm的粒料，将所得粒料和氢氧化钙通入炭化炉中，通入预热至300°C的水蒸气，迅速升高温度至800-900°C进行炭化、活化，冷却至常温后加到20%的硫酸中，于60-70°C下反应3-5小时，再用去离子水洗涤至中性，和氨丙基三乙氧基硅烷及其余剩余的物质混合加热至70-90°C搅拌反应30-50分钟，干燥后研磨即可。

本发明所述一种掺杂铝锑合金的复合活性炭电极材料，由以下步骤具体制成：

（1）将蒸馏水、膨润土、聚乙二醇和改性废弃PVC基活性炭混合搅拌均匀，加热至50-60°C，形成浆料，喷雾干燥后备用；

（2）将铝锑合金加热至熔融和步骤（1）的产物及其余剩余物质混合搅拌均匀，置于管式炉中，通入纯氨气，在400-600°C温度下退火处理2-4小时，得到氮包覆的废弃PVC基复合电极材料。

本发明的优点是：本发明利用废弃的PVC制备电极材料活性炭，具有比表面积大、导电率高等优点，对资源合理化利用，解决环境污染的问题，掺杂的二氧化锡，提高材料的大功率充放电性能，负载在炭基材料表面的铝锑合金提高了超级电容器的循环使用性能和比电容量，本发明的电极材料具有广泛的应用性。

具体实施方案

下面通过具体实例对本发明进行详细说明。

 一种掺杂铝锑合金的复合活性炭电极材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：铝锑合金3、二氧化锡2、硅酸三钙2、纳米碳酸镝1、膨润土0.5、改性废弃PVC基活性炭100、铝酸酯偶联剂1、蒸馏水13、聚乙二醇2；

所述改性废弃PVC基活性炭是由下列重量份（公斤）的原料制成：硫酸钠2、硫酸铝钾1、电气石2、氨丙基三乙氧基硅烷2、硬脂酸钙1、氮化铝粉2、氧化石墨烯2、废弃PVC材料500、氢氧化钙20、20%的硫酸45；制备方法是将废弃PVC材料破碎、筛分后得到粒径在5-10mm的粒料，将所得粒料和氢氧化钙通入炭化炉中，通入预热至300°C的水蒸气，迅速升高温度至800-900°C进行炭化、活化，冷却至常温后加到20%的硫酸中，于60-70°C下反应3-5小时，再用去离子水洗涤至中性，和氨丙基三乙氧基硅烷及其余剩余的物质混合加热至70-90°C搅拌反应30-50分钟，干燥后研磨即可。

本发明所述一种掺杂铝锑合金的复合活性炭电极材料，由以下步骤具体制成：

（1）将蒸馏水、膨润土、聚乙二醇和改性废弃PVC基活性炭混合搅拌均匀，加热至50-60°C，形成浆料，喷雾干燥后备用；