CN103011156A - 一种超级电容器用活性炭的制备方法 - Google Patents
一种超级电容器用活性炭的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103011156A CN103011156A CN2012104920494A CN201210492049A CN103011156A CN 103011156 A CN103011156 A CN 103011156A CN 2012104920494 A CN2012104920494 A CN 2012104920494A CN 201210492049 A CN201210492049 A CN 201210492049A CN 103011156 A CN103011156 A CN 103011156A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pitch
- catalyzer
- reaction
- gac
- active carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明提供了一种以沥青为原料，采用一步法连续制备活性炭的方法。本方法将物理活化和化学活化耦合，以KOH为化学活化剂，水蒸汽为助活化剂，氟化锂或溴化锂为催化剂。本方法操作简单、成本较低、原材料容易获取。通过本方法获得的活性炭具有较高的比表面积、较高的介孔率微观结构、优良的电化学性能。
Description
技术领域
本发明属于一种制备活性炭的方法。具体指一种应用于超级电容器电极材料的活性炭的制备方法，特别是涉及以沥青为原料，利用催化剂采用一步连续法得到高电化性能的活性炭。
背景技术
超级电容器是一种介于普通电容器与电池之间的绿色新型储能元件，兼功率密度大和能量密度高的优点，并且充电速度快，循环寿命长，对环境无污染，被广泛应用于各种电子产品的备用电源及混合动力汽车的辅助电源。开发出性能优异的超级电容器，从材料角度来讲，关键是适合超级电容器应用的，同时具有较高比容量的电极材料的研制。近年来，炭材料因其来源丰富、成本低廉、有发达的孔结构和较大的比表面积及具有良好的充放电稳定性，已经作为超级电容器的首选。而且，多孔碳材料是目前唯一已经工业化的电极材料。在多孔碳材料中，石墨碳因其良好的晶体构架，高的导电性能，好的热稳定性和低温下的高抗氧化能力而相比无定形碳更适合用作电极。在用于电极的石墨碳中，介孔相比微孔对电容器的电容量贡献较大。而中间相沥青，正是制备较大介孔率的多孔石墨碳的最佳前驱体。
沥青基活性炭的制备普遍可以划分为这样三个阶段：中间态化、碳化和化学活化过程。沥青或重质焦油首先经过高温活化得到中间相沥青。中间相沥青再经化学法或物理法进行活化处理，最终得到沥青基活性炭。活化过程中，首先除去非组织碳中间物，然后是处于石墨微晶活性位的碳与活化剂反应，最后石墨微晶经过刻蚀、嵌补而获得理想的空间结构。中间态化是沥青能够进行中间相转化的阶段，是制备目标碳材料的基础。中间相沥青转化过程是制备高电化学性能活性炭的关键，控制和优化沥青的转化是中间相态沥青向活性炭转化的关键过程。该过程被大量应用，但存在流程长，中间步骤较多，周期较长的缺点。本发明克服以上缺点，采用一步连续法，通过使用催化剂，将中间相沥青与沥青基活性炭的制备在一个反应釜内同时完成，采用物理活化和化学活化耦合的方式，得到高电化性能的活性炭。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可应用于制作超级电容器电极材料的活性炭的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种以沥青为原料，在催化剂存在的条件下，通过一步连续法制备超级电容器用活性炭的方法。该方法在一个反应容器中进行，其步骤为：
在一个反应容器中加入沥青和催化剂，向其中通入适量水蒸气，蒸汽压力为0.2-0.5MPa，控制反应温度为350-550℃，反应经过0.5-10小时后，向反应容器中加入KOH，其与沥青的质量比为4:1-10:1，控制反应温度为650-950℃，经过0.5-10小时后，对生成的产物进行洗涤和干燥，最终获得成品活性炭。
本发明提供的方法中，所述的催化剂可以是氟化锂或溴化锂。该催化剂在洗涤过程中可以除去。
本发明的活性炭用于制作超级电容器的电极材料，具有高的比表面、介孔率微观结构和比电容。相比现有技术，本发明提供的方法有成本低，无中间步骤，流程短，效率高的优点。
具体实施方式
现结合实施例，对本发明详细描述如下：
实施例1
在连续反应容器中加入质量比为1:0.05的沥青和氟化锂催化剂，向其中通入水蒸气，调节气压为0.2MPa，以每分钟5℃的速率升温至350℃，在350℃维持10小时后，向反应容器中加入KOH，其与沥青的质量比为4:1，以每分钟10℃的速率升温至650℃，反应经过10小时后，降温至室温，然后对生成的产物进行水洗至pH值为7，干燥后获得成品活性炭C-1。
实施例2
在连续反应容器中加入质量比为1:0.05的沥青和氟化锂催化剂，向其中通入水蒸气，调节气压为0.35MPa，以每分钟5℃的速率升温至450℃，在450℃维持5小时后，向反应容器中加入KOH，其与沥青的质量比为6:1，以每分钟10℃的速率升温至800℃，反应经过5小时后，降温至室温，然后对生成的产物进行水洗至pH值为7，干燥后获得成品活性炭C-2。
实施例3
在连续反应容器中加入质量比为1:0.05的沥青和溴化锂催化剂，向其中通入水蒸气，调节气压为0.35MPa，以每分钟5℃的速率升温至500℃，在500℃维持2小时后，向反应容器中加入KOH，其与沥青的质量比为10:1，以每分钟10℃的速率升温至900℃，反应经过2小时后，降温至室温，然后对生成的产物进行水洗至pH值为7，干燥后获得成品活性炭C-3。
实施例4
在连续反应容器中加入质量比为1:0.05的沥青和溴化锂催化剂，向其中通入水蒸气，调节气压为0.5MPa，以每分钟5℃的速率升温至550℃，在550℃维持0.5小时后，向反应容器中加入KOH，其与沥青的质量比为10:1，以每分钟10℃的速率升温至950℃，反应经过0.5小时后，降温至室温，然后对生成的产物进行水洗至pH值为7，干燥后获得成品活性炭C-4。
实施例5
本实施例说明按本发明提供的方法制得的活性炭材料具有高比表面和较高的介孔率微观结构。
活性炭材料的孔结构测试采用美国MICROMERITICS INSTRUMENT COROPORATION的Autopore Ⅳ 9510型化学吸附仪测定，N2作为吸附质，分析池温度为-196℃。从表1数据可知，实施例1-4中，通过本发明提供的方法制备出的活性炭具有大于2000 m2/g的较高的比表面和相对较高的介孔率微观结构。
实施例6
本实施例说明按本发明提供的方法制得的活性炭材料具有高比电容。
将所得活性炭、导电炭黑和粘结剂以质量比 80:15:5混合均匀，涂覆在铝箔上制得电极。以1M的MeEt3BF4为电解液，在充满氩气的手套箱内组装成纽扣式双电层电容器。测试仪器为LK2005A电化学工作站，对超级电容以100 mA/g的电流密度进行恒流充放电。
电极材料的质量比电容 C (F/g) 按公式 (1)进行计算：
C=2(J×A t)／(AV×m) (1)
式中：J为放电电流，A；At为放电电压变化AV时所用的放电时间，s；AV为放电电压变化值，V；m为单个电极中活性炭的用量，g。
从表2可以看出，实施例1-4中，通过本发明提供的方法制备出的活性炭电极具有较高的比电容（大于100F/g）。
表1
| 实施例 | 比表面（m2/g） | 介孔孔容（cm3/g） | 微孔孔容（cm3/g） |
| 实施例1 C-1 | 2123 | 0.42 | 0.21 |
| 实施例2 C-2 | 2069 | 0.38 | 0.20 |
| 实施例3 C-3 | 2678 | 0.45 | 0.19 |
| 实施例4 C-4 | 2491 | 0.44 | 0.20 |
表2
| 实施例 | 质量比电容（F/g） |
| 实施例1 C-1 | 145.6 |
| 实施例2 C-2 | 103.1 |
| 实施例3 C-3 | 179.7 |
| 实施例4 C-4 | 265.8 |
Claims (5)
1.一种制备活性炭的方法，其特征在于，该方法在一个反应容器中加入沥青和催化剂，向其中通入适量水蒸气，蒸汽压力为0.2-0.5MPa，控制反应温度为350-550℃，反应经过0.5-10小时，向反应容器中加入氢氧化钾，其与沥青的质量比为4:1-10:1，控制反应温度为650-950℃，反应经过0.5-10小时后，对生成的产物洗涤、干燥后获得成品活性炭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的沥青是各向同性沥青。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化剂可以是氟化锂或溴化锂。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当催化剂为氟化锂或溴化锂时，沥青与催化剂的比例为1:0.05。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化剂在洗涤过程中除去。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012104920494A CN103011156A (zh) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | 一种超级电容器用活性炭的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012104920494A CN103011156A (zh) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | 一种超级电容器用活性炭的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103011156A true CN103011156A (zh) | 2013-04-03 |
Family
ID=47960340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2012104920494A Pending CN103011156A (zh) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | 一种超级电容器用活性炭的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103011156A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103626174A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-12 | 蒋轶军 | 一种用粉煤灰或炉渣灰制备煤质活性炭的方法 |
| CN105271225A (zh) * | 2015-11-05 | 2016-01-27 | 新奥科技发展有限公司 | 一种活性炭的制备方法 |
| CN108455604A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-28 | 中钢集团鞍山热能研究院有限公司 | 一种羧基沥青基多孔炭及其制备方法与用途 |
| CN108751195A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-06 | 湖南碳谷装备制造有限公司 | 一种中间相沥青制备超级电容器电极材料的设备和方法 |
| CN110739157A (zh) * | 2018-07-19 | 2020-01-31 | 深圳市环球绿地新材料有限公司 | 一种超级电容器及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1334237A (zh) * | 2000-07-25 | 2002-02-06 | 可乐丽股份有限公司 | 活性炭及其生产方法,可极化电极、以及双电层电容器 |
| CN102686513A (zh) * | 2009-12-28 | 2012-09-19 | 吉坤日矿日石能源株式会社 | 双电层电容器电极用活性炭及其生产方法 |
| CN102718211A (zh) * | 2012-07-03 | 2012-10-10 | 北京大学深圳研究生院 | 一种生物质制备活性炭的方法 |
-
2012
- 2012-11-28 CN CN2012104920494A patent/CN103011156A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1334237A (zh) * | 2000-07-25 | 2002-02-06 | 可乐丽股份有限公司 | 活性炭及其生产方法,可极化电极、以及双电层电容器 |
| CN102686513A (zh) * | 2009-12-28 | 2012-09-19 | 吉坤日矿日石能源株式会社 | 双电层电容器电极用活性炭及其生产方法 |
| CN102718211A (zh) * | 2012-07-03 | 2012-10-10 | 北京大学深圳研究生院 | 一种生物质制备活性炭的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郝新敏: "《功能纺织材料和防护服装》", 30 November 2010, article "活性炭的制备", pages: 192 - 193 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103626174A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-12 | 蒋轶军 | 一种用粉煤灰或炉渣灰制备煤质活性炭的方法 |
| CN105271225A (zh) * | 2015-11-05 | 2016-01-27 | 新奥科技发展有限公司 | 一种活性炭的制备方法 |
| CN108455604A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-28 | 中钢集团鞍山热能研究院有限公司 | 一种羧基沥青基多孔炭及其制备方法与用途 |
| CN108751195A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-06 | 湖南碳谷装备制造有限公司 | 一种中间相沥青制备超级电容器电极材料的设备和方法 |
| CN108751195B (zh) * | 2018-07-12 | 2024-02-27 | 湖南碳谷装备制造有限公司 | 一种中间相沥青制备超级电容器电极材料的设备和方法 |
| CN110739157A (zh) * | 2018-07-19 | 2020-01-31 | 深圳市环球绿地新材料有限公司 | 一种超级电容器及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cai et al. | Porous carbon derived from cashew nut husk biomass waste for high-performance supercapacitors | |
| Shang et al. | A bio-derived sheet-like porous carbon with thin-layer pore walls for ultrahigh-power supercapacitors | |
| Vinayagam et al. | Biomass-derived porous activated carbon from Syzygium cumini fruit shells and Chrysopogon zizanioides roots for high-energy density symmetric supercapacitors | |
| Chen et al. | N/P co-doped hierarchical porous carbon materials for superior performance supercapacitors | |
| Wei et al. | Synthesis of porous carbons from coal tar pitch for high-performance supercapacitors | |
| Qin et al. | Hierarchical porous carbon derived from Gardenia jasminoides Ellis flowers for high performance supercapacitor | |
| Tian et al. | Synthesis of micro-and meso-porous carbon derived from cellulose as an electrode material for supercapacitors | |
| Zhao et al. | Rose-derived 3D carbon nanosheets for high cyclability and extended voltage supercapacitors | |
| Yang et al. | Natural sisal fibers derived hierarchical porous activated carbon as capacitive material in lithium ion capacitor | |
| Lu et al. | Nitrogen-and oxygen-doped carbon with abundant micropores derived from biomass waste for all-solid-state flexible supercapacitors | |
| Zhan et al. | Preparation of highly porous activated carbons from peanut shells as low-cost electrode materials for supercapacitors | |
| CN104386691B (zh) | 一种制备超级电容器用中空管状活性炭电极材料的方法 | |
| Ding et al. | Using biochar and coal as the electrode material for supercapacitor applications | |
| Hu et al. | Partially graphitic hierarchical porous carbon nanofiber for high performance supercapacitors and lithium ion batteries | |
| Zou et al. | Porous carbon with interpenetrating framework from Osmanthus flower as electrode materials for high-performance supercapacitor | |
| Yang et al. | Nature-inspired self-activation method for the controllable synthesis of highly porous carbons for high-performance supercapacitors | |
| CN106365163B (zh) | 一种剑麻纤维活性炭的制备方法及该剑麻纤维活性炭在锂离子电容器中的应用 | |
| Ahmed et al. | Impact of aqueous and organic electrolytes on the supercapacitive performance of activated carbon derived from pea skin | |
| Surya et al. | Novel interconnected hierarchical porous carbon electrodes derived from bio-waste of corn husk for supercapacitor applications | |
| CN105540585A (zh) | 利用含羞草制备超级电容器电极材料的方法 | |
| Zhao et al. | Improved supercapacitor performance of α-starch-derived porous carbon through gelatinization | |
| CN105152170A (zh) | 一种蝉蜕基用于电化学电容器的多孔碳材料的制备方法 | |
| CN105439143A (zh) | 一种用于超级电容器的分级多孔活性炭及制备方法 | |
| CN103578796A (zh) | 一种不含粘合剂超级电容器电极的制备方法 | |
| CN103011156A (zh) | 一种超级电容器用活性炭的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130403 |