CN102214516A - 一种由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法，属于电化学和新能源材料领域。该方法以废轮胎热解炭作为原料，经过改性处理后，将其进一步活化处理，即得到所需的电容器用多孔炭黑电极材料。该方法制备的炭黑电极材料具有比表面高，孔体积大，孔结构可调等特点，将其制得超级电容器电极比电容显著增加，综合性能良好。本发明方法所需原料廉价，且有效地回收了废旧资源，大大提高了废轮胎热解炭的附加值，制备工艺简单，反应条件易于控制，对设备要求不苛刻，适于产业批量化生产。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法。属电化学和新能源材料领域。
【背景技术】
随着社会经济的迅速发展，能源危机、资源短缺、环境污染成为人类生存面临的严峻挑战，寻找环境友好，可再生，节约型的二次能源成为人类社会可持续发展亟待解决的任务。
超级电容器是20世纪60～70年代发展起来的一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件，具有高比容量，高功率密度，循环寿命长，对环境无污染等优点，在移动通讯、信息技术、工业领域、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有重要和广阔的应用前景，已引起各国学术界和工业界的广泛关注。超电容器电极通常采用具有高比表面积的多孔炭材料，包括活性炭粉末、活性炭纤维、碳纳米管，炭黑等。一般情况下，活性炭的导电性能不佳，电极的制备过程中通常需要加导电剂等来降低电阻，过程较繁琐；直接用纳米碳管加粘结剂制备电极，过程简便，但成本很高，且比容量不如活性炭电极大；选用高比表面炭黑作电极材料，因为炭黑的导电性良好，不需其他添加剂，电极的制备过程简便，且炭黑的制备技术成熟，原料广泛，制备成本低，适于工业化生产。
热解炭黑作为轮胎热解的关键产物，其应用价值直接决定了废轮胎热解回收过程的经济性。如何改善轮胎热解炭黑的性能，提高其实用价值，成为废轮胎资源回收综合利用的重要环节。
【发明内容】
鉴于此，本发明提供了一种由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法，不仅可以有效地回收了废旧资源，而且大大提高了废轮胎热解炭的实用价值。该方法得到的炭材料具有炭黑的优良性质，用做电极材料，有可能制成具有较低电极电阻、制备方法简便而且成本低廉的双电层电容器。
本发明的具体步骤如下：
(1)将废轮胎热解炭黑粉末用有机溶剂抽提除去原料中油分，稀酸洗涤除去其中的金属氧化物，硫化物等杂质，所得炭黑固体粉末晾干备用；
(2)将步骤(1)所得固体粉末以水蒸气，二氧化碳，氢氧化钾或氢氧化钠，硝酸，氯化锌等为活化剂，在200～1000℃活化处理1～4小时，再经水洗，干燥等后处理得到所需的炭质电极材料。
本发明中所述的有机溶剂选自甲苯、石油醚、二氯甲烷或乙醇；稀酸选自稀硫酸、稀盐酸或稀硝酸；活化处理过程包括但不限于物理活化(水蒸气，二氧化碳活化)和化学活化(氢氧化钾，氢氧化钠，硝酸，氯化锌等)。
本发明的电容器电极材料的性能评价，以本领域常用的测定方法进行：高比表面炭黑材料与粘结剂直接混合(粘结剂：聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯等；添加量为5～15％)，然后用滴管滴加N-甲基吡咯烷酮或乙醇，将混合物充分研磨均匀，制成超级电容器电极。采用三电极形式测试循环伏安，交流阻抗数据；采用模拟电容器进行充放电和循环性能测试。与现有技术相比，本发明的优点体现在：
(1)以废轮胎热解炭作为原料，成本低廉且可以有效地回收了废旧资源，减少固体废弃物污染。
(2)通过简单的表面处理和活化处理就可以得到高比表面的炭电极材料，工艺简单且可重复性好，有利于批量化生产。
(3)本发明中可根据需要，通过不同的活化处理方法改变孔道结构及比表面大小。
(4)本发明中所制备的电容器电极具有较高的比电容，较长的循环使用寿命，电化学综合性能良好。
【附图说明】
图1为实施例3中所得炭材料在KOH电解液中不同扫描速度下的循环伏安曲线。
图2为实施例3中所得炭材料在KOH电解液中不同电流密度下的充放电曲线。
图3为实施例3中所得炭材料在KOH，H2SO4电解液中的循环性能曲线。
【具体实施方式】
下面以实施例的方式进一步说明本发明的特征，但本发明并不局限于下述实施例。
实施例1
将废轮胎热解炭黑用甲苯作溶剂抽提除去油分，稀硫酸洗涤除去氧化物、硫化物等无机灰分。取表面处理后的炭黑原料，在800℃下水蒸气处理2小时，得到比表面为830m2/g的炭材料。将得到的炭材料与聚四氟乙烯按质量比95∶1混合，滴加乙醇后充分混合均匀，制成超级电容器电极。然后对其电化学性能进行测试，结果表明，在6M KOH为电解液中以1A/g电流密度工作时，质量比电容为57F/g。
实施例2
本实施例的方法与实施例1基本相同，所不同的仅仅是：在制备过程中，800℃下水蒸气处理4小时，得到的炭材料的比表面为1071m2/g。电化学性能表征也与实施例1相同，测试结果表明，在6M KOH为电解液中以1A/g电流密度工作时，质量比电容为70F/g。
实施例3
本实施例的方法与实施例2基本相同，所不同的仅仅是：在制备过程中，800℃下水蒸气处理4小时后，再用硝酸进一步活化，得到的炭材料的比表面与实施例2得到的炭材料基本相同。但该材料制成电容器电极，在6M KOH和1M H2SO4电解液中的比电容分别为105F/g和100F/g。
Claims (6)
1.一种由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将废轮胎热解炭黑粉末用有机溶剂抽提除去原料中油分，稀酸洗涤除去其中的金属氧化物，硫化物等杂质，所得炭黑固体粉末晾干备用；
(2)将步骤(1)所得固体粉末以水蒸气，二氧化碳，氢氧化钾或氢氧化钠，硝酸，氯化锌等为活化剂，在200～1000℃活化处理1～4小时，再经水洗，干燥等后处理得到所需的炭质电极材料。
2.如权利要求1所述的由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法，其特征在于，采用废轮胎热解炭作为原料，成本低廉且可以有效地回收了废旧资源，减少固体废弃物污染。
3.如权利要求1所述的由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法，其特征在于，有机溶剂选自甲苯、石油醚、二氯甲烷或乙醇；稀酸选自稀硫酸、稀盐酸或稀硝酸。
4.如权利要求1所述的由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法，其特征在于，所述活化处理过程包括但不限于物理活化(水蒸气，二氧化碳活化)和化学活化(氢氧化钾，氢氧化钠，硝酸，氯化锌等)。
5.如权利要求1所述的由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法，其特征在于，还包括步骤：
对活化处理的炭质材料依次进行洗涤、过滤、干燥后处理。
6.如权利要求1所述的由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法，其特征在于，用作双电层电容的电极并制成超级电容器。
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