[发明专利]一种用于超级电容器的蒜皮基活性炭电极材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于超级电容器的蒜皮基活性炭电极材料及制备方法。将蒜皮在惰性气氛下加热至550～700℃，保温一段时间进行炭化获得蒜皮炭化料，再将蒜皮炭化料加入至碱金属氢氧化物溶液中高温浸渍一段时间获得浸渍物料，然后将浸渍物料升温至400～450℃进行低温活化，低温活化一段时间后继续加热至700～850℃进行高温活化，高温活化一段时间后获得活化料，最后将活化料进行后处理即得活性炭。能够使活性炭完全活化，增加活性炭材料的比表面积，提高超级电容器的能量密度。

技术领域

本发明涉及超级活性炭材料技术领域，具体涉及一种用于超级电容器的蒜皮基活性炭电极材料及制备方法。

背景技术

超级电容器(也称为电化学电容器，双电层电容器)是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，它具有高能量密度，高功率密度，循环寿命长，快速充放电，经济环保等优点。在信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等多个领域具有极其重要和广阔的应用前景。其中，电极材料是决定超级电容器性能指标的关键材料。

活性炭，作为一种多孔炭材料，因其比表面积大、孔结构丰富、化学性能稳定、易反复使用、制备工艺流程简便、价格低廉等优点，在环境保护、国防科技、化学工业、食品加工、医药卫生等领域有着重要应用。我国资源丰富,是活性炭的生产和出口大国。伴随生产的快速发展，活性炭本身以及以活性炭为基础的各种复合材料的应用将得到进一步扩展,活性炭的用量也将不断增长。尤其电容用超级活性炭市场需求巨大，但国内生产量很小，绝大部分依赖进口。

生物质是一种重要的活性炭制备原材料，常用的主要是传统的农林业生物质，包括各种农作物秸杆，木材、果壳、果核、稻壳等。此类生物质材料多为农林产品废弃物，成本低廉且灰分含量低，内部又有许多孔隙，容易使活化剂进入，反应性能良好，有利于孔隙结构的形成，机械强度高，是制备活性炭的优良材料，具有广阔的市场前景。

目前在超级电容器的各种电极材料中，以生物质为原料通过化学活化方法制备的碳材料具有较高的比表面积，是一种较为理想的超级电容器电极材料。Chi-Chang Hu等人采用开心果壳作为原料通过化学活化提高其比表面积，但是在300mv/s的高扫速下比电容仅有47F/g(Electrhimica Acta52(2007)2498-2505)，该种方法制备的活性炭虽然有较高的比表面积，但是其比电容值在高电流密度下衰减相对严重，不适合在大电流下操作条件下使用。

中国专利(公开号CN102417179A)公开了采用花生壳为原料，用KOH进行活化处理，所得活性炭材料的比表面积达到1227m²/g，其作为电容器电极材料表现出较好的稳定性。

然而上述现有技术中采用秸杆、木材、果壳、果核、稻壳等生物质作为制备电容器电极活性炭的原料，存在利用活化剂的活化效果较差、制备的活性炭材料的比表面积较小、难以对活性炭的孔隙结构和比表面积进行调整等问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目之一是提供了蒜皮在制备超级电容器的活性炭电极材料中的应用。

我国是世界上的农业生产大国,每年产生大量的农业废弃物。这些废弃物中很大一部分被直接丢弃，影响了环境的美观、甚至可能造成环境的污染，同时也是资源的极大浪费。我国作为大蒜的原产地，对大蒜的种植历史悠久，种植面积大。然而，由于传统习惯，在大蒜的食用过程中多数仅选择蒜肉食用，大蒜皮作为加工副产物常被抛弃。造成了资源浪费。本发明的发明人通过研究发现蒜皮具有天然的孔隙结构，同时蒜皮中含有丰富的矿物质，这些矿物质可代替活化剂起到一定的活化作用，从而使得活性炭完全活化。蒜皮制备超级活性炭，可以将农业废弃物高质化利用，既拓展产业链附加值，又可以获得一种超级电容用高性能电极材料。

为了实现蒜皮在制备超级电容器的活性炭电极材料中的应用、增加活性炭材料的比表面积等目的，本发明的目的之二是提供一种用于超级电容器的蒜皮基活性炭电极材料的制备方法，能够使活性炭完全活化，增加活性炭材料的比表面积，提高超级电容器的能量密度。