CN104803383B - 一种利用樟树叶制备超级电容器活性炭的方法 - Google Patents
一种利用樟树叶制备超级电容器活性炭的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104803383B CN104803383B CN201510169884.8A CN201510169884A CN104803383B CN 104803383 B CN104803383 B CN 104803383B CN 201510169884 A CN201510169884 A CN 201510169884A CN 104803383 B CN104803383 B CN 104803383B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- activated carbon
- raw material
- double layer
- drying
- layer capacitor
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用樟树叶制备超级电容器用活性炭的方法，它是以樟树叶为原料，经水洗、烘干、酸浸、炭化、酸洗、烘干处理得到。樟树叶原料经收集后水洗烘干，破碎至宽度和长度为2~5mm的条状叶片碎片，在氮气气氛下，400~700°C炭化并活化0.5~2小时；将炭化料经去离子水洗涤之后，收集滤渣；再将滤渣用1~3mol/L酸溶液在搅拌下于30~60°C洗涤，最后用去离子水洗涤至pH=6~7，真空烘干滤渣即得到成品活性炭。制得的活性炭比表面积达963.70~1424.19m2/g，在300mA/g的放电电流下，其比容量可达95~120F/g，适用于双电层超级电容器的制作。该方法实现了樟树叶的收集利用，避免了焚烧处理带来的污染，实现了资源的有效利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种樟树叶制备超级电容器用活性炭的制备方法，属于化学制备和化学电源领域，具体为电极材料制备技术领域。
背景技术
能源是人类社会发展的主要动力。纵观人类发展的历史，每一次能源技术的革新，都引起社会生产力和生产关系的重大变革，从而推动了历史向前发展。然而由于工业化的高度发展，人类对煤、石油、天然气等化石燃料等无节制的开采，导致了一系列资源短缺和环境污染等问题，可再生能源的开发与使用日益受到重视。因此，利用生物多样性，以生物质作为能源材料开发的原料显得尤为重要。
超级电容器(Supercapacitor)，又叫双电层电容器(Electrical Double LayerCapacitor, EDLC)、电化学电容器(Electrochemical Capacitor, EC)，是一种介于传统静电电容器和二次电池之间的新型储能装置。1746年，荷兰物理学家Pieter VanMusschenbroek发明了一种具有蓄电功能的“condenser”器件，人们称之为“莱登瓶(Leydenjar)"，开启了人类使用电容器的历史。1853年，Helmholz最先发现了在固体导体和液体离子导体界面的电容特性并于1879年首次提出双电层模型，然而，双电层结构的能量存储机理直到近几十年才得到学术界的广泛关注。第二次世界大战以后，随着微电子以及集成电路的迅速发展，传统电容器在某些应用方面的性能难以满足需求，因此需要更大容量的电容器作为这些元器件的备用电源，发展大容量、小体积的电容器势在必行。作为一种清洁能源，超级电容器以其优秀的功率密度、循环寿命、安全稳定性等性能，成为电动汽车和便携电源发展的一个新方向，吸引了世界各国研究者的目光。
目前，制备超级电容器用活性炭的主要方法有ZnCl2活化法、KOH活化法、水蒸气活化法：
一种超级电容器用活性炭电极材料的制备方法(专利号CN200710171260.5)，它包括使用ZnCl2-CO2活化法，将硬质果壳原料经过破碎、筛选、干燥24小时以上；然后将经筛选的原料置于ZnCl2溶液中，充分搅拌，然后在110~120℃温度下烘干，ZnCl2与硬质果壳原料的质量比为0.2:1~3:1；在氮气气氛下，以10~20℃/min升温速率从室温升温至700~900℃，并在该温度下，在CO2气氛下，恒温活化时间为0.5~3小时，然后在氮气气氛下降温至室温；洗涤，烘干，即得到超级电容器用活性炭。该方法步骤复杂，能源消耗巨大，对实验人员和设备都具有较高的要求。
一种电化学电容器用活性炭材料的制备方法(专利号CN201110257913.8)，它使用KOH活化法以花生壳为原料，将花生壳先后用KOH溶液及氢氧化钾碱液进行处理，然后将氢氧化钾碱液处理后的花生壳转移至刚玉坩埚中，置于微波反应器内进行微波加热活化，得到电化学电容器用活性炭材料。该方法以花生壳为碳源，氢氧化钾为活化剂，通过微波辅助加热氢氧化钾活化花生壳制备活性炭材料，所制得的活性炭比表面积为990~1277m2/g，总孔容为0.47~0.63cm3/g，产率介于14.2~24.4%之间。该方法通过微波活化实现了低温下活性炭的制备，然而对设备依赖大，限制了其工业化生产。
论文“Select metal adsorption by activated carbon made from peanutshells (Bioresource technology, 2006, 97(18): 2266-2270)”使用水蒸气活化法，利用氮气负载水蒸气在800℃活化花生壳2~4小时，制得比表面积为542~757m2/g的活性炭。该方法同样对能源的消耗较高，而且制得的活性炭比表面积较小，限制了其在超级电容器中的应用。
目前，尚未有以樟树叶为原料，以磷酸为活化剂制备超级电容器用活性炭的公开技术。本文的制备方法还具有以下优点：活化温度远低于物理活化法以及KOH活化法时接近1000℃的高温；工艺简单，活化温度的降低，使得整个制备过程对设备的要求低，降低了设备成本，节约了电能；最后，以樟树叶为原料制备活性炭，不仅拓宽了制备高性能活性炭原料的来源，实现了资源的有效利用，还降低了垃圾焚烧带来的大气污染，具有积极的环保意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种资源有效利用的方法，实现了由樟树叶制备超级电容器活性炭材料的方法。
一种利用樟树自然落叶为原料制备超级电容器用活性炭的方法，该方法具体的制备步骤为：
(1)原料樟树叶经水洗去除表面灰尘后，80℃下在鼓风干燥箱中烘干，然后将干燥后的樟树叶破碎至宽度和长度为2~5mm的条状叶片碎片；破碎的原料在酸性液体中浸渍0~48小时，然后在140℃下烘干；
所述樟树叶破碎使用破碎剪切机；
所述酸性液体为0~10mol/L的酸溶液，由酸原液勾兑而成，酸原液可以为85%的浓磷酸，勾兑的液体为去离子水；
(2)将步骤(1)中的原料置于管式炉中，氮气保护下400~700℃炭化并活化0.5~2小时；
(3)将步骤(2)中炭化后的原料，研磨后经去离子水洗涤过滤，滤渣用1~3mol/L盐酸溶液在搅拌下于30~60℃洗涤，最后用去离子水洗涤至pH=6~7；滤渣先在鼓风干燥箱中80℃干燥6~12小时，最后在真空干燥箱中120℃干燥12小时，即可得到成品活性炭。
制得的活性炭比表面积达963.70~1424.19m2/g，在300mA/g的放电电流下，其比容量可达95~120F/g，适用于双电层超级电容器的制作。利用所得的活性炭，制作双电层超级电容器：
(a) 将所得活性炭、导电剂和粘结剂按质量比83~88:10:4~6混合后，涂覆到集流体上，干燥后剪裁成圆片电极；活性炭、导电剂和粘结剂最佳比例为85:10:5；
(b)在两个圆片极片之间放入隔膜，入壳体后加入有机电解液，组装成双电层超级电容器；
所述的导电剂为石墨烯、导电炭黑、纳米碳纤维中的一种或它们任意的组合；所述的粘结剂是聚偏氟乙烯、羟甲基纤维素、丁苯橡胶、LA133、LA135、聚四氟乙烯中的一种或它们任意的组合；所述集流体是铜箔、铝箔、不锈钢网中的一种；
所述的隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、纤维素隔膜、聚乙烯和聚丙烯复合膜中的一种或它们任意的组合；电解液中的电解质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、四乙基四氟硼酸铵中的一种或它们任意的组合；电解液中的有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙腈、碳酸丙烯酯中的一种或它们任意的组合。
所述双电层超级电容器在300mA/g的放电电流下，其比容量可达95~120F/g，具有优异的电化学性能，适宜作为超级电容器的电极材料。
本发明的积极意义：樟树落叶被归类为垃圾进行焚烧，不仅造成了资源的浪费，而且对环境形成污染，本发明针对这种情况，提出了一种磷酸活化樟树叶制备超级电容器用活性炭的方法，变废为宝，不仅保护了环境而且节约了资源。
此外，本发明具有可操作性强、设备成本低、原料易得等优点。
附图说明
图1为未磷酸活化樟树叶制得的活性炭酸洗前后XRD对比图；
图2为未磷酸活化樟树叶550℃煅烧后制得的活性炭扫描电镜(SEM)图片；
图3为实施例1中制备的活性炭的氮气吸附-脱附曲线；
图4为磷酸活化樟树叶500℃煅烧后扫描电镜(SEM)图片；
图5为实施例2中制备的活性炭的氮气吸附-脱附曲线。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
实施例1
(1)原料樟树叶经水洗去除表面灰尘后，80℃下在鼓风干燥箱中烘干，然后使用破碎剪切机将干燥后的樟树叶破碎至宽度和长度为2~5mm的条状叶片碎片；
(2)将步骤(1)中经烘干、破碎后的原料置于管式炉中，氮气保护下550℃炭化并活化1小时；
(3)将步骤(2)中炭化后的原料，研磨后经去离子水洗涤过滤，滤渣用1mol/L盐酸溶液在搅拌下于30℃洗涤，最后用去离子水洗涤至pH=6~7；滤渣先在鼓风干燥箱中80℃干燥12小时，最后在真空干燥箱中120℃干燥12小时，即可得到成品活性炭，其比表面积为311.32m2/g，在300mA/g的放电电流下，其比容量可达15.57F/g。
实施例2
(1)原料樟树叶经水洗去除表面灰尘后，80℃下在鼓风干燥箱中烘干，然后使用破碎剪切机将干燥后的樟树叶破碎至宽度和长度为2~5mm的条状叶片碎片；破碎的原料，在6mol/L的适宜量酸溶液中浸渍12~24小时，然后在140℃下烘干；
(2)将步骤(1)中经浸渍、烘干后的原料置于管式炉中，氮气保护下500~550℃炭化并活化1小时；
(3)将步骤(2)中炭化后的原料，研磨后经去离子水洗涤过滤，滤渣用1~3mol/L盐酸溶液在搅拌下于40℃洗涤，最后用去离子水洗涤至pH=6~7；滤渣先在鼓风干燥箱中80℃干燥12小时，最后在真空干燥箱中120℃干燥12小时，即可得到成品活性炭，其比表面积为1424.19m2/g，在300mA/g的放电电流下，其比容量可达111.56F/g。
从两个实施例，可以对比得到：未酸浸时，比表面积小，比电容小；酸浸后比表面积增大，比电容提高明显。
Claims (7)
1.一种利用樟树叶制备超级电容器活性炭的方法，其特征在于：
(a)原料经水洗、烘干后，破碎至宽度和长度为2~5mm的条状叶片碎片；
(b)破碎的原料，在酸性液体中浸渍12-24小时后烘干；
(c)将步骤（b）的原料在500~550°C炭化并活化1小时；
(d) 将步骤（c）的原料，研磨后经去离子水洗涤，收集滤渣；
(e)滤渣用1~3mol/L盐酸溶液在磁力搅拌下于40°C洗涤，最后用去离子水洗涤至pH=6~7，烘干滤渣即得到成品活性炭；
所述酸性液体为6mol/L的酸溶液，由酸原液勾兑而成；
所述酸原液为85%的浓磷酸，勾兑的液体为去离子水；
所述樟树叶破碎使用破碎剪切机。
2.根据权利要求1所述的方法制备的活性炭制作双电层电容器，其特征在于，
(1) 将所得活性炭、导电剂和粘结剂按质量比83~88:10:4~6混合后，涂覆到集流体上，干燥后剪裁成圆片电极；
(2)在两个圆片极片之间放入隔膜，入壳体后加入有机电解液，组装成双电层电容器。
3.根据权利要求2所述的双电层电容器，其特征在于，所述的导电剂为石墨烯、导电炭黑、纳米碳纤维中的一种或它们任意的组合。
4.根据权利要求2所述的双电层电容器，其特征在于，所述的粘结剂是聚偏氟乙烯、羟甲基纤维素、丁苯橡胶、LA133、LA135、聚四氟乙烯中的一种或它们任意的组合。
5.根据权利要求2所述的双电层电容器，其特征在于，所述集流体是铜箔、铝箔、不锈钢网中的一种。
6.根据权利要求2所述的双电层电容器，其特征在于，所述的隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、纤维素隔膜、聚乙烯、聚丙烯复合膜中的一种或它们任意的组合。
7.根据权利要求2所述的双电层电容器，其特征在于，所述有机电解液中的电解质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、四乙基四氟硼酸铵中的一种或它们任意的组合；电解液中的有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙腈、碳酸丙烯酯中的一种或它们任意的组合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510169884.8A CN104803383B (zh) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | 一种利用樟树叶制备超级电容器活性炭的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510169884.8A CN104803383B (zh) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | 一种利用樟树叶制备超级电容器活性炭的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104803383A CN104803383A (zh) | 2015-07-29 |
| CN104803383B true CN104803383B (zh) | 2017-08-22 |
Family
ID=53688657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510169884.8A Expired - Fee Related CN104803383B (zh) | 2015-04-13 | 2015-04-13 | 一种利用樟树叶制备超级电容器活性炭的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104803383B (zh) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105217628B (zh) * | 2015-10-27 | 2017-06-27 | 陕西师范大学 | 核桃壳制备活性炭的方法及其在特异性吸附‑催化取代脲类除草剂异丙隆降解中的应用 |
| CN106276897A (zh) * | 2016-08-11 | 2017-01-04 | 潘忠宁 | 一种磷酸活化棕榈纤维的制备方法 |
| CN106348294B (zh) * | 2016-11-09 | 2018-05-11 | 南阳师范学院 | 一种落叶活性炭的制备方法 |
| CN106698419A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-05-24 | 四川省林业科学研究院 | 一种由油樟叶渣制备的活性炭及其制备方法 |
| CN106629717A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-10 | 南京林业大学 | 一种离子液体电解质超级电容器用活性炭电极材料的制备方法 |
| CN107128893A (zh) * | 2017-03-08 | 2017-09-05 | 北京化工大学常州先进材料研究院 | 一种利用生物质高效制备多孔氮掺杂碳纳米片的方法及其应用 |
| CN108417408A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-08-17 | 莆田市超维二维科技发展有限公司 | 一种超级电容器及其制备方法 |
| CN108423677A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-08-21 | 农业部环境保护科研监测所 | 一种自掺氮多级孔碳材料及其制备方法和应用 |
| CN108715447A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-10-30 | 中南大学 | 一种樟树基多孔活性炭及其制备方法和在电化学储能中的应用 |
| CN108975327B (zh) * | 2018-09-12 | 2022-04-22 | 南阳师范学院 | 一种制备活性炭的方法 |
| CN109250715A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-22 | 常州大学 | 一种高韧性高吸附型生物质基泡沫炭的制备方法 |
| CN111377443B (zh) * | 2018-12-29 | 2022-06-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种铜掺杂活性炭复合材料及其制备方法 |
| CN110697711A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-01-17 | 湖南省格林森炭业股份有限公司 | 活性炭制备方法 |
| CN113488340B (zh) * | 2021-07-12 | 2022-08-30 | 郑州轻工业大学 | 基于树木落叶制备环保可再生锌离子超级电容器的方法 |
| CN113651308A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-16 | 浙江工业大学 | 一种映山红叶片衍生碳材料及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101648707B (zh) * | 2009-08-27 | 2011-06-15 | 南京林业大学 | 一种高孔容活性炭的制备方法 |
| CN103545120B (zh) * | 2013-10-30 | 2016-10-05 | 中国第一汽车股份有限公司 | 稻壳基活性炭作为电极材料的有机系混合电容器 |
-
2015
- 2015-04-13 CN CN201510169884.8A patent/CN104803383B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104803383A (zh) | 2015-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104803383B (zh) | 一种利用樟树叶制备超级电容器活性炭的方法 | |
| Gao et al. | A cross-disciplinary overview of naturally derived materials for electrochemical energy storage | |
| Wang et al. | Micro‐MoS2 with Excellent Reversible Sodium‐Ion Storage | |
| CN107311172A (zh) | 一种百香果壳基多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| Dutta et al. | Supercapacitors in the light of solid waste and energy management: a review | |
| 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 | |
| CN106356517A (zh) | 一种钠离子电池与锂离子电池负极植物生物质碳掺杂硫氮复合材料及其制备方法 | |
| CN108439402B (zh) | 一种超级电容器用姜秸秆基活性炭及其制备方法 | |
| CN107170587A (zh) | 一种硫掺杂MXene材料及其制备方法与应用 | |
| CN103839699A (zh) | 一种利用甘蔗渣制备超级电容器碳气凝胶的方法 | |
| CN107128918A (zh) | 一种氮掺杂多孔活性炭材料的制备及其应用 | |
| CN103824702A (zh) | 氮/磷共掺杂的虾壳基多孔炭电极材料的制备方法 | |
| CN108264046B (zh) | 一种石墨烯-沥青基活性炭及其制备方法和应用 | |
| 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 | |
| CN105870412A (zh) | 基于杨絮的生物质碳/硫复合材料的制备方法 | |
| CN109019598A (zh) | 一种混合生物质制备高比电容的三维多孔碳材料的方法和制成的三维多孔碳材料及其应用 | |
| CN106373788A (zh) | 一种锂离子超级电容器预嵌锂极片的制备方法 | |
| CN104300124A (zh) | 二氧化硅/碳复合物的制备方法及在锂/钠离子电池中的应用 | |
| CN103008653B (zh) | 一种炭包覆铅复合材料及其制备方法 | |
| CN112194132B (zh) | 一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法及其应用 | |
| CN103579640A (zh) | 一种锂空气电池用正极材料及其制备方法 | |
| CN104538632A (zh) | 一种碳复合电极材料及其制备方法 | |
| CN107195475A (zh) | 一种n、s和p共掺杂多孔碳材料的制备方法及其应用 | |
| Kulkarni et al. | Latest trends and advancement in porous carbon for biowaste organization and utilization | |
| CN107680826B (zh) | 一种用于超级电容器的分层多孔活性炭电极材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170822 Termination date: 20210413 |