[发明专利]一种超级电容器用海藻基活性炭的制备方法

说明书

本发明提供了一种超级电容器用海藻基活性炭的制备方法，主要包括：首先利用物理、化学或物理‑化学联合活化法对海藻进行活化处理，然后通过氢氟酸酸洗工艺溶解除去活性炭中难溶的二氧化硅、硅盐及其他无机盐杂质，最后通过硝酸酸洗除去氢氟酸处理过程中生成的氟化镁杂质，水洗，干燥得到最后所需活性炭。本发明通过两步酸洗，可以除去活性炭中几乎所有无机盐杂质，大大提高炭的有效含量，同时溶去的矿物质形成新的孔结构，Si‑O和Si‑H键的去除增强了活性炭的亲水性和润湿性，酸处理后的活性炭电化学性能得到大幅度改善。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，特别涉及一种超级电容器用海藻基活性炭的制备。

背景技术

当前，化石能源短缺和全球变暖导致的能源和环境问题日益凸显，大力发展清洁和可再生能源成了不可逆转的趋势。超级电容器的相关研究及近年来的快速发展顺应了人们对新型能源的需求。超级电容器以充放电时间短、循环寿命长、使用温度范围宽、兼具物理电容器高比功率和电池高比能量的优异特性迅速吸引了人们的注意。

超级电容器主要由电极、电解质、隔膜等组成，其中，电极对超级电容器的电化学性能起着至关重要的作用。所以当前对于超级电容器的研究主要集中在电极材料方面。超级电容器的电极材料主要有碳材料，金属氧化物和导电聚合物等，虽然对上述三种材料进行了大量的研究和开发，但是由于碳材料价格低廉，理化性质稳定，电化学性能优良，循环寿命长等特点，成为应用和研究最多的电极材料。

碳材料的孔隙大小、孔径分布、比表面积、表面官能团等是决定其比电容的重要因素。一般认为，当电极材料的孔隙大小明显大于电解质溶液的离子大小时，可获得较大的电容。Raymundo-Pinero等发现，有效微孔表面的存在可以显著提高电极材料的比电容。分级多孔碳材料能将其结构上多级孔隙的优点结合起来。人们普遍认为微孔能增强材料的双电层电容，中孔可以提供电解液离子输运的低阻力通道，大孔能作为离子的缓冲库，存储大量电解液离子，从而减小离子扩散距离。大量研究表明0.4～1nm的微孔结构，不仅可以使电解质离子顺利通过，而且可以较大程度地提高活性炭的比表面积，有利于提高活性炭的电化学性能。另外，中孔的增加可以大大改善活性炭的倍率性能。

这些理论为研究电解液离子在亚纳米孔道中的行为和储能机理提供了理论依据，也为多孔碳材料的孔隙结构设计提出了一个新方向。制备孔隙结构发达的活性炭，并合理的控制多孔碳材料孔径大小和孔隙分布，是当前多孔碳材料研究的主要方向。

生物质在生长加工过程中会引入无机盐分，这部分无机盐分在炭化和活化过程中不能除去。导致制备的活性炭中无机盐杂质含量过高，孔隙之间连通性较差。

中国专利CN201310746693.4提供了一种基于海藻的超级电容器用活性炭的制备方法，主要包括：首先利用多价金属阳离子对海藻表面进行交联预处理，然后通过碳化、酸洗工艺制备表面具有介孔结构的预碳化中间体，最后通过进一步活化酸洗制备活性炭。但其中仍有一部分无机盐杂质无法被HCl除去，大大影响了活性炭的电化学性能。

发明内容

针对活性炭中含有二氧化硅以及其他无机盐杂质的问题，本发明对海藻基活性炭的制备进行研究，目的在于通过对已有的海藻基活性炭进行酸改性，减少活性炭中无机盐含量，使活性炭孔隙结构更加丰富、孔隙连通性更好，比表面积更高、孔径分布更加合理，活性炭润湿性更好、导电性更强，从而提高超级电容器电容量，改善高倍率充放电性能以及循环使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超级电容器用海藻基活性炭的制备方法，包括：

将海藻进行碳化、活化制备海藻基活性炭；

将海藻基活性炭进行氢氟酸处理，硝酸处理、水洗、干燥，即得超级电容器用海藻基活性炭。