[发明专利]苦荞基活性炭材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种苦荞基活性炭材料及其制备方法和应用；所述苦荞基活性炭材料的制备方法包括粗炭制备、酸洗除杂、活化、酸洗纯化、高温补炭等步骤。本发明获得了低成本的活性炭材料，同时提高了活性炭纯度，降低了材料的挥发分和灰分，降低了含氧基团含量，从而提高了活性炭材料的电化学循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，具体涉及一种苦荞基活性炭材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的发展，能源短缺问题日渐严峻。国家也提出大力发展新能源，实现“炭达峰”与“炭中和”目标。因此，寻找一种低成本、高性能且绿色环保的储能装置迫在眉睫。超级电容器作为一种新型储能元件，因其充电时间短、功率密度高且绿色环保等优势吸引了人们的关注。

相对于水系而言，有机系超级电容器具有更高的电压及能量密度，可以更好地满足人们在储能方面的应用需求。超级电容器分为双电层电容类型、赝电容类型以及双电层/赝电容混合类型。双电层超级电容器主要以活性炭作为电极材料，而生物质炭作为活性炭的来源之一，具有来源广泛、绿色环保、成本低廉等优点，引起了人们的关注。经检索，现有技术中采用一些生物质如稻壳、松子壳、秸秆等作为超级电容器活性炭制备原料，但所制备出的活性炭纯度低、灰分以及挥发分高、高含氧基团且循环性能较差，影响了双电层超级电容器的使用寿命。特别在有机高电压运行条件下，其容量衰减较快，杂质在炭材料中引入缺陷，导致无法耐高压且自放电现象严重。另外，在初始运行阶段，目前现有的活性炭电极材料均经过容量“先急剧衰减，后循环平稳”的过程，这不可避免地导致电极材料比容量损失，材料利用效率降低。综上所述，制备一种低成本，且高纯度、长循环性能且高利用率的超级电容器活性炭以及获得简单快捷的制备工艺是目前业内人士所迫切解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种苦荞基活性炭材料及其制备方法和应用，获得低成本的活性炭材料，同时提高活性炭纯度，降低材料的挥发分和灰分，降低含氧基团含量，从而提高活性炭材料的电化学循环稳定性。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

本发明公开了一种苦荞基活性炭材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)粗炭制备：将苦荞基粉末在惰性气体保护下加热炭化，得到粗炭粉末；

(2)酸洗除杂：将粗炭粉末置于酸液中洗涤；

(3)活化：将酸洗后得到的炭材料与碱液混合，然后在惰性气体保护下加热活化；

(4)酸洗纯化：将活化后得到的活性炭材料置于酸液中洗涤；

(5)高温补炭：将酸洗后得到的活性炭材料与固体补炭剂混合，然后煅烧，得到所述苦荞基活性炭材料。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，苦荞基粉末为苦荞、苦荞杆和苦荞皮中的一种或几种原材料粉碎至80-200目得到的粉末。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，加热炭化的温度为400-800℃，加热炭化的时间为1-5小时。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，将粗炭粉末置于质量分数3％-20％的盐酸溶液中，在60-95℃下持续浸泡洗涤5-24小时，再用水洗涤至中性，然后烘干。

作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，将酸洗后得到的炭材料与碱液混合，浸泡后烘干，然后在惰性气体保护下加热至600-1300℃活化1-5小时，再用水洗涤至中性，然后烘干。

作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，碱液为氢氧化钠、氢氧化钾溶液中的一种或几种。

作为优选的技术方案，所述步骤(4)中，将活化后得到的活性炭材料置于质量分数3％-20％的盐酸溶液中，在60-95℃下持续浸泡洗涤5-24小时，再用水洗涤至中性，然后烘干。