[发明专利]一种应用于超级电容器电极材料的活性炭材料

说明书

本发明公开了一种应用于超级电容器电极材料的活性炭材料，其中活性炭材料由木质类原料、海藻类原料和农作物秸秆类原料经过预处理后混合碳化而成；其中木质类原料选用竹屑，海藻类原料选用马尾藻，农作物秸秆类原料选用棉花秸秆。将预处理过后的竹屑粉末、棉花秸秆粉末和马尾藻粉末在氧气氛围下进行碳化，再用氢氧化钾溶液和柠檬酸进行化学活化，然后和三氯化铁混合研磨高温煅烧活化得到活性炭材料。该活性炭材料具有很高的比表面积和孔隙率，比表面积达到2563.1m²/g，将该材料应用在超级电容器中，在1A/g的电流密度下其质量比电容达到299F/g。该活性炭材料是一种低成本绿色的具有优良电化学性能的电极材料。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种应用于超级电容器电极材料的活性炭材料。

背景技术

超级电容器由于具有较高的比功率、优异的循环充放电能力以及较长的循环寿命，受到越来越多的关注，并被认为是一种理想的储能器件，用以填补便携式电子设备和混合动力汽车日益增长的需求。超级电容器由于具有较高的比功率、优异的循环充放电能力以及较长的循环寿命，受到越来越多的关注，并被认为是一种理想的储能器件，用以填补便携式电子设备和混合动力汽车日益增长的需求。提高碳材料的比表面积、改善孔隙结构对提高超级电容器的电容量具有重要意义。

活性炭价格低廉，易于大规模生产，是目前市面上应用最广泛的多孔碳材料，其前驱体以煤、焦炭和生物质为主。在这些前驱体中，生物质作为一种绿色能源，以其高效的可再生速率在电极材料方面得到了广泛的关注。到目前为止，多种生物质被用于超级电容器电极材料的合成研究，并获得诸多研究成果。如中国专利CN108766773A公开了一种用于超级电容器的海藻基活性炭电极材料，该活性炭材料具有高达3436m²/g的比表面积，而在1A/g电流密度下的质量比电容298F/g。但是生物质活性炭材料中由于存在灰分和孔隙结构不均匀等原因，导致其比表面积利用率比较低。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种应用于超级电容器电极材料的活性炭材料，其制备方法包括以下步骤：

S1：将预处理过的棉花秸秆粉末、竹屑粉末和马尾藻粉末混合后放置在管式炉当中，通入混合气体，以升温速率0.2～0.4℃/min从室温升至340～360℃并在该温度下保温活化1.5～2h，然后以升温速率0.6～0.8℃/min升至680～700℃，在该温度下碳化4～6h，自然冷却，得到混合物I。

S2：将混合物I加入到碱性溶液中搅拌活化1～1.5h，然后再加入柠檬酸，搅拌1～2h，过滤，用蒸馏水洗涤3次，其中混合物I、柠檬酸和碱性溶液的质量体积比为(50～70)g:(26～33)g:(120～150)mL，在80℃下干燥，然后加入到研磨机中，再加入三氯化铁，其中混合物I和三氯化铁的质量比为1:0.04～0.09，研磨过200目筛网，然后放置在管式炉当中，通入氮气，在780～810℃下活化2～3h，冷却，得到所述活性炭材料。

作为优选方案，上述所述的棉花秸秆粉末、竹屑粉末和马尾藻粉末的质量比为(0.51～0.66):(0.34～0.5):(0.3～0.42)。

作为优选方案，上述所述的混合气体是含量比为0.6:0.4的氮气和氧气混合气体；混合气体的流速为0.3～0.6L/min。

作为优选方案，上述所述的碱性溶液为3mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中的任意一种。

作为优选方案，上述所述的棉花秸秆的预处理方法包括：

1)将棉花秸秆用蒸馏水洗涤干净，然后在100℃下干燥10～11h，然后研磨过100目筛网，备下步使用。

2)将上步1)的棉花秸秆碎末浸泡在5mol/L的氢氧化钠溶液中2～3h，然后过滤洗涤至中性，然后浸泡在浓度为4～8wt％的乙酸溶液中5～6h，过滤洗涤，在100℃下干燥3～5h，备下步使用。