[发明专利]一种由单一碳源一步法制备的多孔活性碳及其制备方法和应用

说明书

本发明属于超级电容器材料技术领域，尤其涉及一种由单一碳源一步法制备的多孔活性碳及其制备方法和应用。所述方法包括：将黄腐酸或黄腐酸钾在600‑750℃，碳化1‑6小时，将碳化得到的产物经水洗，自然冷却至室温，炭化产物经水洗后放入干燥箱中烘干，即得。本发明提供的多孔活性碳材料制备技术，工艺流程简单，碳产率高，且无需进行进一步活化处理即可大量制备高性能碳材料。同时，本发明制备的多孔活性碳作为超级电容器的电极材料，表现出优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于超级电容器材料技术领域，尤其涉及一种用于超级电容器的由单一碳源一步法制备的多孔活性碳及其制备方法。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

多孔材料不管在日常生活中还是在工业上都有广泛应用。尤其是含有微孔或中孔的多孔碳材料，应用更加广泛，如作为吸附剂、催化剂载体、超级电容器的电极材料等。

活性碳的常规制备方法包括物理活化和化学活化。物理活化包括两个步骤：原料炭化并利用二氧化碳或蒸汽进行活化。原料碳化是一个复杂连续的热解过程，而物理活化则需要与氧化剂在700-1100℃下进行。化学活化过程中，碳化和活化同时进行，前驱体与KOH、NaOH、H₃PO₄和ZnCl₂等活化剂以一定比例混合，制备多孔碳材料。化学活化可制备具有高表面积的活性碳，但制备工艺繁琐，成本较高。

碳材料是对称超级电容器的电极材料，也是非对称超级电容器的常用负极材料，其性能对超级电容器的应用极为重要。目前用于超级电容器的多孔碳材料，主要采用化学活化或蒸汽活化处理进行制备，需要控制活化条件。和德涛在《腐殖酸基球形多孔碳的制备及其电化学性能的研究》中公开了以纯化后的风化煤系黄腐酸(LFA)为前驱体，系统研究了多孔炭材料的形貌结构和粒径分布对电化学性能的影响。采用简单的溶剂蒸发法制备了炭微球，然后进一步通过碱活化制备了球形活性炭，通过改变碱炭比调控其孔道分布，比较了球形活性炭和粉末状活性炭在电化学行为上的差异。结果发现，球形活性炭在导电性和孔道结构分布方面均优于粉末状活性炭，并表现出了优异电化学性能。

然而，本发明认为上述方法存在的问题之一是：制备过程复杂、周期长、耗能大、成本高、产率低，活化过程中易引入其它杂质，而且制备的多孔碳材料容量和能量密度较低；而且风化煤中黄腐酸含量低，导致优化提纯工艺复杂且效率低。

发明内容

针对上述存在的问题，如何降低碳材料的制备成本，简单高效地大量制备高性能的多孔碳材料是目前超级电容器行业急需解决的问题之一。因此，本发明旨在提供一种由单一碳源一步法制备的多孔活性碳及其制备方法和应用。本发明提供的多孔活性碳材料制备技术，工艺流程简单，碳产率高，且无需进行进一步活化处理即可大量制备高性能碳材料。同时，本发明制备的多孔活性碳作为超级电容器的电极材料，表现出优异的电化学性能。

本发明第一目的，是提供一种由单一碳源一步法制备多孔活性碳的方法。

本发明第二目的，是提供上述方法制备的多孔活性碳。

本发明第三目的，是提供上述多孔活性碳的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开一种由单一碳源一步法制备多孔活性碳的方法，包括如下步骤：将黄腐酸进行炭化，将碳化得到的产物经水洗，即得。

其次，本发明公开另一种由单一碳源一步法制备多孔活性碳的方法，包括如下步骤：将黄腐酸钾进行炭化，将碳化得到的产物经水洗，即得。

可选地，所述炭化的温度为600-750℃，碳化时间为1-6小时。