CN101556868B - 一种富氧超级电容器碳质电极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种富氧超级电容器碳质电极材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括下述步骤：a、将碳含量＞60％，氧含量＞10％的粒径为100～200μm的富氧碳质前躯体与纯度90％以上的颗粒KOH按质量比1∶1～1∶5进行混合、浸渍；b、将步骤a所得混合物置于KOH活化釜中，以20～50℃/min的升温速率升温至600～900℃，之后直接自然冷却至室温；c、将步骤b所得物质先后用5mol/L HCl、去离子水洗去残留的金属K及其它残留物，在110℃条件下烘干。
Description
技术领域
本发明涉及一种富氧超级电容器碳质电极材料的制备方法，该方法特别适用于高比电容、高比功率超级电容器用比表面积为1000～2600m2/g体相的碳质电极材料的制备。
背景技术
超级电容器以其充放电速度快、循环寿命长、能量密度高和无污染等优异特性而成为新能源领域的研究热点，其在混合动力汽车、太阳能、风能等方面的应用预期将会对节约能源、城市环境控制产生根本性影响。电极材料是超级电容器的核心。目前研究较多的电极材料是基于双电层理论的超级活性炭、炭气凝胶、纳米碳管等炭质多孔材料。虽然理论上双电层电容正比于材料的有效比表面积，但有效比表面积的提高必须综合考虑材料的孔结构、电阻率及密度等对电极性能的制约，因而双电层比电容C存在极限值。近期，研究者通过对炭质多孔电极材料的比表面积、孔径分布及导电网络进行定向控制，但提升空间已非常有限，致使所制电容器的能量密度E(E∝C·U2)最高仅为10Wh/kg。因此，更高能量密度、比功率炭质电极材料的制备极为重要。
发明内容
本发明的目的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种比表面积为1000～2600m2/g体相的富氧超级电容器碳质电极材料的制备方法。该方法工艺简单，所制碳质电极材料兼具体相含氧量高、赋存稳定，比表面积大，孔径分布宽，导电性好，对无机电解液的浸润性好等性能。
本发明的目的可通过下述技术方案实现：
本发明的制备方法包括下述步骤：
本发明的富氧超级电容器碳质电极材料的制备方法包括下述步骤：：
a、将碳含量＞60％，氧含量＞10％的粒径为100～200μm的富氧碳质前躯体与纯度90％以上的颗粒KOH按质量比1∶1～1∶5进行混合、浸渍；
b、将步骤a所得混合物置于KOH活化釜中，以20～50℃/min的升温速率升温至600～900℃，之后直接自然冷却至室温；
c、将步骤b所得物质先后用5mol/L HCl、去离子水洗去残留的金属K及其化合物，在110℃条件下烘干。
本发明中所述富氧碳质前躯体可以是烟煤、沥青、纤维素或椰壳中的任意一种高含氧量生物质类物质；所述富氧碳质前躯体最好是选用富氧的烟煤，通过高升温速率、零保温时间制备而成，以使前驱体中的氧原子保留到炭基体骨架中，实现氧原子在活性炭中的稳定赋存。
本发明的有益效果如下：
由于本发明选用富氧的碳质材料作为前驱体，通过高升温速率、零保温时间，使前驱体中的氧原子保留到炭基体骨架中，实现氧原子在活性炭中的稳定赋存。制备工艺简单，原材料来源广泛，价格低廉。所制材料兼具体相含氧量高、赋存稳定，比表面积大，孔径分布宽，导电性好，对无机电解液的浸润性好等性能。作为超级电容器的电极材料使用时，由于氧的赋存稳定，电容器的循环性能稳定。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步详述：
实施例1
a、将碳含量＞60％，氧含量＞10％的粒径为100～200μm的烟煤粉末与纯度90％以上的颗粒KOH按质量比1∶4进行混合并浸渍24小时；
b、将步骤a所得混合物置于KOH活化釜中，在氮气保护下，以30℃/min的升温率升温至800℃，不经保温，自然冷却至室温；
c、将步骤b所得物质先后用5mol/L HCl、去离子水洗去残留的金属K及其化合物(即水洗至中性)，在110℃条件下烘干后，制得超高比表面积的活性炭。
其BET比表面积为1950m2/g，孔径集中分布在0.5～8.0nm。以3mol/LKOH为电解液时，该电极材料的比电容为370F/g。
实施例2
a、将碳含量＞60％，氧含量＞10％的粒径为100～200μm的烟煤粉末与纯度90％以上的颗粒KOH按质量比1∶4进行混合并浸渍24小时；
b、将步骤a所得混合物置于KOH活化釜中，在氮气保护下，以30℃/min的升温率升温至700℃，不经保温，自然冷却至室温；
c、将步骤b所得物质先后用5mol/L HCl、去离子水洗去残留的金属K及其化合物(即水洗至中性)，在110℃条件下烘干后，制得超高比表面积的活性炭。
其BET比表面积为1820m2/g，孔径集中分布在0.5～8.0nm。以3mol/LKOH为电解液时，该电极材料的比电容为350F/g。
实施例3
a、将碳含量＞60％，氧含量＞10％的粒径为100～200μm的烟煤粉末与纯度90％以上的颗粒KOH按质量比1∶4进行混合并浸渍24小时；
b、将步骤a所得混合物置于KOH活化釜中，在氮气保护下，以30℃/min的升温率升温至800℃，不经保温，自然冷却至室温；
c、将步骤b所得物质先后用5mol/L HCl、去离子水洗去残留的金属K及其化合物(即水洗至中性)，在110℃条件下烘干后，制得超高比表面积的活性炭。
其BET比表面积为1950m2/g，孔径集中分布在0.5～8.0nm。以1mol/L四乙基胺四氟化硼为电解液时，该电极材料的比电容为150F/g。
实施例4
a、将粒径为100～200μm的纤维素与纯度90％以上的颗粒KOH按质量比1∶4进行混合并浸渍24小时；
b、将步骤a所得混合物置于KOH活化釜中，在氮气保护下，以30℃/min的升温率升温至800℃，不经保温，自然冷却至室温；
c、将步骤b所得物质先后用5mol/L HCl、去离子水洗去残留的金属K及其化合物(即水洗至中性)，在110℃条件下烘干后，制得超高比表面积的活性炭。
其BET比表面积为2000m2/g，孔径集中分布在0.5～7.0nm。以3mol/LKOH为电解液时，该电极材料的比电容为320F/g。
Claims (1)
1.一种富氧超级电容器碳质电极材料的制备方法，其特征在于：该方法以富氧烟煤或纤维素为碳质前躯体，通过20～50℃/min的高升温速率、零保温时间、快速降温制备而成，使前驱体中的氧原子保留到炭基体骨架中，实现氧原子在活性炭中的稳定赋存，其制备方法包括下述步骤：
a、将碳含量＞60％，氧含量＞10％的粒径为100～200μm的所述碳质前躯体与纯度90％以上的颗粒KOH按质量比1∶1～1∶5进行混合、并浸渍24小时；
b、将步骤a所得混合物置于KOH活化釜中，以20～50℃/min的升温速率升温至600～900℃，之后不经保温，在室温环境下直接冷却至室温；
c、将步骤b所得物质先后用5mol/L HCl、去离子水洗去残留的金属K及其它残留物，在110℃条件下烘干。
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