[发明专利]一种超级电容器用改性活性炭及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超级电容器用改性活性炭及其制备方法，属于活性炭材料生产改性及应用技术领域。该方法先通过金属盐高温催化在活性炭外表构筑石墨化外壳，再通过氧化改性使活性炭孔道掺氧，得到电子电导率和离子电导率同步提高的改性活性炭材料。本发明解决了活性炭电极材料电子电导率和离子电导率互为消长的技术难题，首次实现了两者的同步提升。本发明制备方法操作简单，可应用于同时对电子和离子电导率有要求的活性炭材料改性中。本发明改性活性炭用于超级电容器时的倍率性能、比电容量均有大幅提高，组装成超级电容器后，具有优异的循环稳定性，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于活性炭材料生产改性及应用技术领域，具体涉及一种超级电容器用改性活性炭及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种兼具电池和传统电容器优点的储能器件，主要由集流体、电极、电解液和隔膜等部分组成。其中，电极材料是影响超级电容器储能性能的关键因素，成为当前研究的热点。活性炭材料具有原料来源广泛，比表面积大、孔隙结构发达、电导率高、化学稳定性好等特点，是目前商业化应用最为广泛的超级电容器电极材料。

具有优异电容性能的活性炭电极材料需要同时具备高的电子电导率和离子电导率。然而，活性炭电极材料的电子电导率和离子电导率一般呈互为消长的关系。即电子电导率的提高势必会导致官能团的减少和离子电导率的降低，而离子电导率的提高则会导致电子电导率的下降。如，对活性炭材料进行高温处理或石墨化会显著提高其电子电导率，但会使其在水系电解液中的离子电导率下降；氧化改性可以增加活性炭的表面含氧官能团数量，提高其对水系电解液离子的表面可浸润性和离子电导率，但一般会使其电子电导率下降。因此，如何实现活性炭电极材料电子电导率和离子电导率的同步提升是当前的技术难点。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种超级电容器用改性活性炭，该改性活性炭实现了活性炭材料电子电导率和离子电导率的同步提升。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种超级电容器用改性活性炭的制备方法，该方法通过催化石墨化先在活性炭外壁构筑石墨化外壳，再对活性炭孔道进行氧化改性以增加孔道内含氧官能团，得到电子电导率和离子电导率得到同步提升的改性活性炭电极材料。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种超级电容器用改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将活性炭材料与金属盐催化剂加入研磨装置中，固相研磨后混匀，所得混合固体转移至管式炉中进行高温煅烧，石墨化结束后冷却至室温，依次使用盐酸和蒸馏水进行洗涤，干燥后得表面石墨化的活性炭材料；

(2)表面石墨化的活性炭材料与氧化性酸混合进行氧化改性，氧化改性结束后冷却至室温，过滤，蒸馏水洗涤，滤饼干燥后得孔道氧化改性的活性炭材料。

所述超级电容器用改性活性炭的制备方法，固相研磨的研磨时间为0.5～1.5h。

所述超级电容器用改性活性炭的制备方法，金属盐催化剂为醋酸镍、硝酸镍或氯化镍中的任一种；活性炭材料与金属盐催化剂的质量摩尔比为1g:5～9mmol。

所述超级电容器用改性活性炭的制备方法，石墨化过程中，管式炉在无氧氛围下，以5～10℃/分钟的升温速率升至1000～1200℃，保持2～4h。

所述超级电容器用改性活性炭的制备方法，石墨化过程中，管式炉在无氧氛围下，以10℃/min的升温速率升至1100℃，保持3h。

所述超级电容器用改性活性炭的制备方法，氧化性酸为HNO₃、H₂O₂或H₂SO₄。

所述超级电容器用改性活性炭的制备方法，表面石墨化的活性炭材料与氧化性酸的质量体积比为1g:50～100mL，氧化性酸的质量浓度为0.5％～1.5％。