[发明专利]一种海藻酸盐基多孔炭及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种海藻酸盐基多孔炭及其制备方法和应用。具体步骤为：将海藻酸盐或钙改性的钙改性的海藻酸盐前驱体置于管式炉中，通入保护气，加热进行碳化；将碳化后的产物进行洗涤、干燥，再与化学活化剂溶液进行浸渍；浸渍后在保护气氛下加热进行活化，活化后洗涤得到海藻酸盐基多孔炭。得到多孔炭形貌均匀一致、孔隙丰富、比表面积大，微孔、中孔和大孔分布合理。采用其制备的超级电容电极性能优异，循环稳定好。

技术领域

本发明属于多孔炭材料与电化学电容器技术领域，具体涉及一种海藻酸盐基多孔炭及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分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。

碳基超级电容器因具有超长的循环寿命、快速的充放电过程、良好的倍率特性、较高的能量密度和功率密度等特点，在各种储能设备方面具有广阔的应用前景。多孔炭作为超级电容器的电极材料时，主要是利用双电层进行充放电。多孔炭能够提供的有效比表面积越大，以其为电极材料制备的超级电容器具有更大的电容，因而通过提高多孔炭的比表面积来提高其电荷容量是一种有效的途径。

到目前为止，已证实化学活化是一种非常有效的用于制备超高比表面积多孔炭的方法，但是由于化学活化造孔的过程主要是通过刻蚀炭材料的表面来发展孔隙结构，使得活化造孔所产生的孔隙主要是微孔。尽管多孔炭的电容主要是其中的微孔产生的，但是要充分地利用微孔结构，就需要构建合理的大孔、中孔和微孔的空间结构，而仅仅利用活化剂来实现这一目的是很困难的。

专利CN103771408A公开了一种基于海藻的超级电容器用活性炭的制备方法，利用多价金属阳离子对海藻表面进行交联预处理制备具有优化的大孔-中孔-微孔结构的活性炭。该方法直接用金属阳离子对海藻进行处理，而海藻属于成分比较复杂的原料，这种处理方法存在反应不完全，效率低，所得产物结构分布不均匀等问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种海藻酸盐基多孔炭及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种海藻酸盐基多孔炭的制备方法，具体步骤为：

将前驱体置于管式炉中，通入保护气，加热进行碳化；

将碳化后的产物进行洗涤、干燥，再与化学活化剂溶液进行浸渍；

浸渍后在保护气氛下加热进行活化，活化后洗涤得到海藻酸盐基多孔炭。

本发明制备海藻酸盐基多孔炭，通过碳化反应除去前驱体中氧、氢等元素得到富含碳元素的碳化样品，然后在惰性气氛和加热条件下，利用化学活化剂刻蚀碳化样品的表面进行活化反应发展其孔隙结构，进而得到孔隙丰富、比表面积高、孔道电容特性优异的多孔炭材料。

在一些实施例中，所述前驱体为海藻酸盐或钙改性的海藻酸盐。优选的，前驱体为海藻酸盐时，海藻酸盐包括海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸钙中一种。当前驱体只是海藻酸盐时，通过本发明的海藻酸盐基多孔炭的制备方法，所得到的多孔炭具有优异的孔道电容特性，得益于其发达的微孔结构。现有的利用海藻酸盐为前驱体制备多孔炭的方法，得到的多孔炭主要是由于微孔结构不够发达，导致电容值较低，本发明的上述方法，通过碳化反应富集碳元素并构建炭材料的微观结构，优化了活化剂在碳化样品表面的分布，进而促进了活化剂刻蚀发展炭材料的孔隙结构作用，在碳化和活化的双重作用下，改善了多孔炭的微孔结构的分布，并且微孔孔容占总的孔容的比例较高。

在本发明的一些实施方式中，钙改性的海藻酸盐的制备方法为：具体步骤为：分别将可溶性海藻酸盐和可溶性钙盐溶于水得到海藻酸盐溶液、钙盐水溶液；

将钙盐溶液加入海藻酸盐溶液中在加热的条件下进行搅拌混合，所得固体产物即为钙改性的海藻酸盐前驱体。