CN103523776B - 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 PDF

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Abstract

本发明公开了一种超级电容器用活性炭的制备方法；包括如下步骤：（1）使用活性炭或改性活性炭与石墨烯在分散液中实现共沉淀-负载，①将活性炭或改性活性炭与分散液混合搅拌后加热至30—100℃，持续1—96小时，得活性炭分散液，②将石墨烯或石墨烯前体或石墨烯干粉与稳定剂混合并分散至乙醇中，使石墨烯的乙醇分散液浓度为0.01—100g/L，③将所得石墨烯的乙醇分散液以0.5mL/min—500mL/min滴加至活性炭分散液中，搅拌后加热至30—100℃，持续1—96小时,得负载后浆液；（2）将负载后浆液固液分离得前驱体；（3）将前驱体在500—600℃下气氛焙烧0.5—3小时活化，得到超级电容器用活性炭。本发明的有益效果：提高了体积比容量、抗衰减能力。

Description

一种超级电容器用活性炭的制备方法
技术领域
本发明涉及一种活性炭的制备方法，尤其涉及一种超级电容器用活性炭的制备方法。
背景技术
超级电容器介于电池与普通电容器之间，具有电容器的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，超级电容器在“充电-放电”过程中，实现电能-电场能-电能的转换，整个过程没有任何化学反应，不对周边环境造成污染，是一种理想的储能器。近年来，高比表面积、高纯度的活性炭作为超级电容器的电极材料倍受注目。活性炭利用其多孔特性完成储能，但是由于孔径的限制，电解质扩散及迁移的速率不高，因此会限制超级电容器的功率密度。因此超级电容器用活性炭，必须具有大的比表面积、孔集中、高填充密度、低灰、导电性好以及电化学稳定性高等特点。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种超级电容器用活性炭的制备方法，由本发明的方法制备的超级电容器用活性炭具有体积比容量高、抗衰减能力强、本身导电性良好等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超级电容器用活性炭的制备方法，包括如下步骤：（1）使用活性炭或者改性活性炭与石墨烯在分散液中实现共沉淀-负载，具体方法为，①将活性炭或者改性活性炭与分散液以质量比为1:7—1:20混合搅拌后加热至30℃—100℃，持续1小时—96小时，得活性炭分散液，②将石墨烯或者石墨烯前体或者石墨烯干粉与稳定剂以质量比为5:1—20:1混合并分散至乙醇中，使石墨烯在乙醇中的分散浓度为0.01g/L—100g/L，得石墨烯的乙醇分散液，③将所得石墨烯的乙醇分散液以0.5mL/min—500mL/min的速度滴加至活性炭分散液中，石墨烯的乙醇分散液与活性炭分散液质量比为6.59:1—42:1，搅拌均匀，加热至30℃—100℃，持续1小时—96小时,得负载后浆液；（2）将负载后浆液进行固液分离得两种物质,其中一种为前驱体；（3）将前驱体在500℃—600℃下气氛焙烧0.5小时—3小时进行活化，得到超级电容器用活性炭。
所述活性炭为椰壳或者石油焦制备。
所述改性活性炭为椰壳或者石油焦生产而后改性。
所述分散液为水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或几种。
所述石墨烯为化学气相沉积法或者机械剥离法或者氧化还原法制备的石墨烯。
所述石墨烯单体为石墨乳、膨胀石墨、氧化石墨中的一种或几种。
所述稳定剂为9-蒽甲酸、苯甲酸、萘甲酸、萘乙酸中的一种或几种。
所述石墨烯在乙醇中的分散浓度进一步限定为0.045g/L—4.5g/L。
所述气氛焙烧采用气氛为氮气或者氩气。
本发明还提供一种根据上述方法制备的一种超级电容器用活性炭。
本发明的有益效果：本发明新型超级电容器用活性炭克服了现有技术制备的活性炭在超级电容器中应用体积比容量不高、抗衰减性能差、自身导电能力差等方面的不足，大大提高了实用化潜力与应用价值。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
取5Kg椰壳活性炭放于100L反应釜中，加入50L蒸馏水，加热至50℃，搅拌4小时，得活性炭的水分散液；取450g石墨烯干粉、45g9-蒽甲酸，分散于10L乙醇中，加热至40℃，搅拌1小时，得石墨烯的乙醇分散液；将石墨烯的乙醇分散液以10mL/min的速度滴加入活性炭的水分散液中，其中，石墨烯的乙醇分散液与活性炭水分散液质量比为20:1，搅拌；滴加完毕后，升温至80℃，搅拌蒸馏8个小时；停止加热、搅拌，自然降至室温；将所得浆料固液分离，得前驱体；将前驱体在管式炉中氮气氛保护下升温到600℃，保持一个半小时后自然冷却得到产物。
采用电化学工作站进行恒流充放电测试（0-2.7V，0.5-2A/g）进行超级电容器用活性炭性能测试。实验电容器的组装、测试是在充满氩气的手套箱中（H2O<1uL/L,O2<1uL/L）进行，使用电解液为1mol/LEt4NBF4/AN；隔膜为TF4035型纸质隔膜；粘结剂为PTFE；导电碳黑选为vxc-72r。使用实施例1所得的超级电容器用活性炭进行测试，以实施例1所用原料椰壳活性炭作为对比，以2A/g的电流进行恒流充放电测试，结果如下：超级电容器用活性炭的体积比容量为15.3F/cc,作为对比的椰壳活性炭体积比容量为11.3F/cc。
在2A/g的电流下进行300次的循环充放测试。结果为：采用本发明方法制备的超级电容器用活性炭的容量保持率为98.5%；作为对比的椰壳活性炭的容量保持率为92.3%。
通过两组对比可以看出，经由本发明方法制备的超级电容器用活性炭相比于所用的原料椰壳活性炭在体积比容量和抗衰减能力上均得到了改善。
实施例2：
取3.5Kg石油焦活性炭放于100L反应釜中，加入50L乙醇，加热至30℃，搅拌36小时，得活性炭的乙醇分散液；取250g石墨乳、50g苯甲酸，分散于1L乙醇中，加热至40℃搅拌1小时，得石墨烯的乙醇分散液；将石墨烯的乙醇分散液以1mL/min的速度滴加入活性炭的乙醇分散液中，其中，石墨烯的乙醇分散液与活性炭乙醇分散液质量比为6.59:1，搅拌；滴加完毕后，升温至50℃，搅拌蒸馏36个小时；停止加热、搅拌，自然降至室温；将所得浆料固液分离，得前驱体；将前驱体在管式炉中氩气氛保护下升温到500℃，保持半小时后自然冷却得到产物。
实施例3：
取4Kg椰壳改性活性炭放于100L反应釜中，加入50LN-甲基吡咯烷酮，加热至70℃，搅拌72小时，得活性炭的N-甲基吡咯烷酮分散液；取4000g石墨烯干粉氧化石墨、200g萘甲酸，分散于5L乙醇中，加热至40℃，搅拌1小时，得石墨烯的乙醇分散液；将石墨烯的乙醇分散液以100mL/min的速度滴加入活性炭的N-甲基吡咯烷酮分散液中，其中，石墨烯的乙醇分散液与活性炭N-甲基吡咯烷酮分散液质量比为42:1，搅拌；滴加完毕后，升温至70℃，搅拌蒸馏72个小时；停止加热、搅拌，自然降至室温；将所得浆料固液分离，得前驱体；将前驱体在管式炉中氮气氛保护下升温到500℃，保持两个小时后自然冷却得到产物。
实施例4：
取2.5Kg石油焦改性活性炭放于100L反应釜中，加入50L二甲基亚砜，加热至100℃，搅拌96小时，得活性炭的二甲基亚砜分散液；取4500克石墨烯、300g萘乙酸，分散于1L乙醇中，加热至40℃，搅拌1小时，得石墨烯的乙醇分散液；控制温度在100℃，将石墨烯的乙醇分散液以500mL/min的速度滴加入活性炭的二甲基亚砜分散液中，其中，石墨烯的乙醇分散液与活性炭二甲基亚砜分散液质量比为33:1，搅拌；滴加完毕后，升温至100℃，搅拌蒸馏96个小时；停止加热、搅拌，自然降至室温；将所得浆料固液分离，得前驱体；将前驱体在管式炉中氩气氛保护下升温到550℃，保持三个小时后自然冷却得到产物。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种超级电容器用活性炭的制备方法，其特征是，包括如下步骤：(1)使用活性炭或者改性活性炭与石墨烯在分散液中实现共沉淀-负载，具体方法为，①将活性炭或者改性活性炭与分散液以质量比为1:7—1:20混合搅拌后加热至30℃—100℃，持续1小时—96小时，得活性炭分散液，②将石墨烯或者石墨烯前体或者石墨烯干粉与稳定剂以质量比为5:1—20:1混合并分散至乙醇中，使石墨烯在乙醇中的分散浓度为0.01g/L—100g/L，得石墨烯的乙醇分散液，③将所得石墨烯的乙醇分散液以0.5mL/min—500mL/min的速度滴加至活性炭分散液中，石墨烯的乙醇分散液与活性炭分散液质量比为6.59:1—42:1，搅拌均匀，加热至30℃—100℃，持续1小时—96小时，得负载后浆液；(2)将负载后浆液进行固液分离，得前驱体；(3)将前驱体在500℃—600℃下气氛焙烧0.5小时—3小时进行活化，得到超级电容器用活性炭；
所述活性炭为椰壳或者石油焦制备；
所述改性活性炭为椰壳或者石油焦生产而后改性；
所述分散液为水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或几种；
所述石墨烯为化学气相沉积法或者机械剥离法或者氧化还原法制备的石墨烯；
所述石墨烯前体为石墨乳、膨胀石墨、氧化石墨中的一种或几种；
所述稳定剂为9-蒽甲酸、苯甲酸、萘甲酸、萘乙酸中的一种或几种；
石墨烯在乙醇中的分散浓度进一步限定为0.045g/L—4.5g/L；
所述气氛焙烧采用气氛为氮气或者氩气。
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