[发明专利]一种利用樟树叶制备超级电容器活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种樟树叶制备超级电容器用活性炭的制备方法，属于化学制备和化学电源领域，具体为电极材料制备技术领域。

背景技术

能源是人类社会发展的主要动力。纵观人类发展的历史，每一次能源技术的革新，都引起社会生产力和生产关系的重大变革，从而推动了历史向前发展。然而由于工业化的高度发展，人类对煤、石油、天然气等化石燃料等无节制的开采，导致了一系列资源短缺和环境污染等问题，可再生能源的开发与使用日益受到重视。因此，利用生物多样性，以生物质作为能源材料开发的原料显得尤为重要。

超级电容器(Supercapacitor)，又叫双电层电容器(Electrical Double Layer Capacitor, EDLC)、电化学电容器(Electrochemical Capacitor, EC)，是一种介于传统静电电容器和二次电池之间的新型储能装置。1746年，荷兰物理学家Pieter Van Musschenbroek发明了一种具有蓄电功能的“condenser”器件，人们称之为“莱登瓶(Leyden jar)"，开启了人类使用电容器的历史。1853年，Helmholz最先发现了在固体导体和液体离子导体界面的电容特性并于1879年首次提出双电层模型，然而，双电层结构的能量存储机理直到近几十年才得到学术界的广泛关注。第二次世界大战以后，随着微电子以及集成电路的迅速发展，传统电容器在某些应用方面的性能难以满足需求，因此需要更大容量的电容器作为这些元器件的备用电源，发展大容量、小体积的电容器势在必行。作为一种清洁能源，超级电容器以其优秀的功率密度、循环寿命、安全稳定性等性能，成为电动汽车和便携电源发展的一个新方向，吸引了世界各国研究者的目光。

目前，制备超级电容器用活性炭的主要方法有ZnCl₂活化法、KOH活化法、水蒸气活化法：

一种超级电容器用活性炭电极材料的制备方法(专利号CN200710171260.5)，它包括使用ZnCl₂-CO₂活化法，将硬质果壳原料经过破碎、筛选、干燥24小时以上；然后将经筛选的原料置于ZnCl₂溶液中，充分搅拌，然后在110~120℃温度下烘干，ZnCl₂与硬质果壳原料的质量比为0.2:1~3:1；在氮气气氛下，以10~20℃/min升温速率从室温升温至700~900℃，并在该温度下，在CO₂气氛下，恒温活化时间为0.5~3小时，然后在氮气气氛下降温至室温；洗涤，烘干，即得到超级电容器用活性炭。该方法步骤复杂，能源消耗巨大，对实验人员和设备都具有较高的要求。

一种电化学电容器用活性炭材料的制备方法(专利号CN201110257913.8)，它使用 KOH活化法以花生壳为原料，将花生壳先后用KOH溶液及氢氧化钾碱液进行处理，然后将氢氧化钾碱液处理后的花生壳转移至刚玉坩埚中，置于微波反应器内进行微波加热活化，得到电化学电容器用活性炭材料。该方法以花生壳为碳源，氢氧化钾为活化剂，通过微波辅助加热氢氧化钾活化花生壳制备活性炭材料，所制得的活性炭比表面积为990~1277m²/g，总孔容为0.47~0.63cm³/g，产率介于14.2~24.4%之间。该方法通过微波活化实现了低温下活性炭的制备，然而对设备依赖大，限制了其工业化生产。

论文“Select metal adsorption by activated carbon made from peanut shells (Bioresource technology, 2006, 97(18): 2266-2270)”使用水蒸气活化法，利用氮气负载水蒸气在800℃活化花生壳2~4小时，制得比表面积为542~757m²/g的活性炭。该方法同样对能源的消耗较高，而且制得的活性炭比表面积较小，限制了其在超级电容器中的应用。

目前，尚未有以樟树叶为原料，以磷酸为活化剂制备超级电容器用活性炭的公开技术。本文的制备方法还具有以下优点：活化温度远低于物理活化法以及KOH活化法时接近1000℃的高温；工艺简单，活化温度的降低，使得整个制备过程对设备的要求低，降低了设备成本，节约了电能；最后，以樟树叶为原料制备活性炭，不仅拓宽了制备高性能活性炭原料的来源，实现了资源的有效利用，还降低了垃圾焚烧带来的大气污染，具有积极的环保意义。

发明内容