CN105692616A - 一种用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法 - Google Patents
一种用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105692616A CN105692616A CN201610023227.7A CN201610023227A CN105692616A CN 105692616 A CN105692616 A CN 105692616A CN 201610023227 A CN201610023227 A CN 201610023227A CN 105692616 A CN105692616 A CN 105692616A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode material
- folium pini
- activated carbon
- carbon material
- pine needle
- 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
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 title abstract description 8
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 title abstract 7
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 title abstract 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 34
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 26
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 26
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims description 21
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 14
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 7
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Substances [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 3
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- 102000018779 Replication Protein C Human genes 0.000 claims description 2
- 108010027647 Replication Protein C Proteins 0.000 claims description 2
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract 1
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 abstract 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 6
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 5
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 5
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229930182558 Sterol Natural products 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 150000003432 sterols Chemical class 0.000 description 3
- 235000003702 sterols Nutrition 0.000 description 3
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 229940072033 potash Drugs 0.000 description 2
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 241000218631 Coniferophyta Species 0.000 description 1
- 241000218641 Pinaceae Species 0.000 description 1
- 240000007789 Pinus pinea Species 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- RSWGJHLUYNHPMX-ONCXSQPRSA-N abietic acid Chemical compound C([C@@H]12)CC(C(C)C)=CC1=CC[C@@H]1[C@]2(C)CCC[C@@]1(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-ONCXSQPRSA-N 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical group 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 150000002561 ketenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 235000011181 potassium carbonates Nutrition 0.000 description 1
- 235000011118 potassium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000006276 transfer reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/16—Pore diameter
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明提供了一种用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法，它主要是将松针通过真空冷冻干燥技术预处理，经过高温600～900℃制备得松针生物碳，再将松针生物碳和活化剂按质量百分比1:0.5～4混合均匀，500～900℃恒温碳化0.5～2小时，制得活化产物，将活化产物用浓酸浸泡后洗涤、烘干，制得超级电容器电极材料(AC-PN)。本发明的松针原料来源广泛，可再生，成本低廉，制备工艺简便，反应条件相对温和，重复性好，易实现产业化；制备的松针基活性炭材料拥有较高比电容，循环稳定性好，比表面积高达1382m2g-1，平均孔径为3.67nm，在6M KOH溶液中，1A g-1电流密度下，测得电容高达181Fg-1，且循环稳定性好，是一种相对理想的超级电容器电极材料。
Description
技术领域
本发明属于电化学领域，特别涉及一种超级电容器电极材料的制备方法。
背景技术
超级电容器又称电化学电容器，科学家们为了寻找新能源从而迅速发展起来的新型电能储存元件。超级电容器是一种介于传统电容器的迅速充放电与蓄电池的大容量之间的一种全新型储能器件。具有充放电速率快、循环寿命长、功率密度高、环保低污染、易维护等优点，有效地弥补普通的静电电容器和蓄电池储存特性的缺点，近年来，超级电容器在电子通讯、航空航天、军事国防以及新能源汽车等领域展现了前所未有的应用前景。关于超级电容器的理论研究和实际应用已取得了很大进展，但是能量密度低、成本高的缺点迄待解决。而影响超级电容器性能的关键因素在于电极材料的选用，因而研究低成本的、高能量密度的电极材料迫在眉睫。
目前，超级电容器的电极材料大体分为三类：碳材料、导电聚合物、过渡金属氧化物。碳材料由于其良好的化学惰性、高导热性、高导电性、成本低廉，使得碳材料在能源领域得到广泛关注。制备碳材料的原料广泛，其中以生物质为前驱体的碳材料具有碳材料基本的物理化学性质，同时其表面富含大量-COOH和-OH等含氧官能团，提供额外的赝电容，因而成为碳材料重要来源。
生物碳材料制备过程一般分为炭化和活化。炭化是在高温和惰性气体保护下，生物质通过热解和缩聚反应形成多孔性的炭结构体(影响因素包括温度、原料的粒度、保温时间和升温速度等)。活化目的使碳材料的孔结构更丰富，进而有利于其在电极材料中的应用。活化方法分为物理活化和化学活化。
中国地大物博，资源丰富，是世界上裸子植物种类最丰富的国家之一，松树在中国分布广泛，易于种植。在中国广袤的山林原野中，松科树种随处可见。与松脂采集不同，松针的采集属于非破坏性采集，对松树的生长无任何影响，可变废为宝。对其化学成分进行分析鉴定，结果表明：新鲜松针中有65种组分，其主要成分是烷烃、烯酸、烯酮、甾醇类；而干枯松针的组分有44种，其主要成分是烷酸、酮类、酯类以及甾醇类物质，其中甾醇类物质的含量比较高。干枯松针中的组分存在形式相对比较稳定。如能将这些可再生的松枝充分利用，其经济效益和社会效益必定不容小觑。目前国内外尚无利用松枝制备超级电容器用的活性碳材料的相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种价格低廉，能量密度高，合成工艺简单的用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法。本发明主要是以生物质松枝为碳源，经预处理的松枝经高温碳化制备生物质碳，然后进行活化处理，酸处理，最后制得活性炭电极材料(AC-PN)。
本发明的技术方案包括以下步骤。
(1)松针预处理：将采集的松针用无水乙醇、去离子水分别洗涤3次，之后放入真空冷冻干燥机中在真空度4.0Pa，-103℃的条件下冻干处理24h，取出待用。
(2)制备松针生物碳(C-PN)：将步骤(1)的松针置于石英舟中放入管式电阻炉中，在气氛保护下，以5℃/min的升温速率，升温至600～900℃，此温度下恒温碳化1～3小时，待其冷却至室温，取出碳化产物，分别用无水乙醇、去离子水洗涤3～5次，最后将碳化产物置于烘箱中60～80℃，干燥10h，即得松针生物碳(C-PN)。
所述气氛保护所用气体为高纯氮气、高纯氩气或者氩气和氢气混合气，其中氢气体积含量为30％～60％。
(3)化学活化松针生物炭(AC-PN)：将步骤(2)的松针生物碳和活化剂按质量百分比1:0.5～4混合均匀，置于箱式气氛炉中，在气体保护下，以5℃/min的升温速率，升温至500～900℃，在此温度下恒温碳化0.5～2小时，待其冷却至室温，取出活化产物。
所述活化剂为分析纯氢氧化钾、碳酸钾或者氯化锌材料中的一种或几种(比例随意)；所述气氛保护所用气体为高纯氮气、高纯氩气或者氩气和氢气混合气，其中氢气体积含量为30％～60％。
(4)活化产物酸处理：将步骤(3)的活化产物置于浓酸浸泡3～10h，之后超声处理0.5～2小时，超声功率为60W，稀释上述混合物到300mL，用无水乙醇、去离子水洗涤多次至中性，最后将产物置于烘箱中60～80℃，干燥10h，制得超级电容器电极材料(AC-PN)。
所述浓酸为浓盐酸(质量分数为36％～38％)、浓硝酸(质量分数为65％～68％)或混合酸中任意一种，所述混合酸为浓硝酸：浓盐酸的体积比＝1：3。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、松针原料来源广泛，可再生，为中空结构，自身碳含量较高。
2、采用真空冷冻技术处理，尽量保持其内部中空结构的完整性。
3、合成步骤简单，反应条件相对温和，后处理工艺简单，重复性好，产率高，成本低，可实现产业化。
4、所得活性生物炭材料(AC-PN)为多孔材料，比表面积高达1382m2g-1，平均孔径为3.67nm，在6MKOH溶液中，1Ag-1电流密度下，测得电容高达181Fg-1，且循环稳定性好。
附图说明
图1是本发明实施例5制得的活性炭电极材料对应的XRD谱图。
图2是本发明实施例5制得的活性炭电极材料不同电流密度下的恒电流充放电测试。
图3是本发明实施例5制得的活性炭电极材料对应的循环伏安图。
图4是本发明实施例5制得的活性炭电极材料对应的BET分析谱图。
具体实施方式
实施例1
采集10g新鲜松针并用无水乙醇、去离子水分别洗涤3次，之后放入真空冷冻干燥机中在真空度4.0Pa，-103℃的条件下冻干处理24h，取出待用；将松针置于石英舟中放入管式炉中，在氩气保护下，以5℃/min的升温速率下升温至600℃，在此温度下恒温碳化3小时，待其冷却至室温，取出碳化产物，研磨成细粉状，分别用无水乙醇、去离子水洗涤3次，最后将碳化产物置于80℃烘箱中干燥10h，即得松针生物碳(C-PN).
将松针生物碳和分析纯的碳酸钾固体按质量比1:0.5的比例混合研磨均匀，之后置于箱式气氛炉中，在氩气和氢气混合气(氢气体积含量为30％)保护下，以5℃/min的升温速率升温至500℃，持续活化1.5h，待其冷却至室温，取出活化产物。
将活化产物用浓硝酸浸泡3h，超声0.5小时，超声功率为60W，加去离子水稀释上述混合物到300mL，依次用无水乙醇、去离子水洗涤多次至中性，然后在80℃下真空干燥10h，制得超级电容器电极材料(AC-PN)。
实施例2
采集10g新鲜松针并用无水乙醇、去离子水分别洗涤3次，之后放入真空冷冻干燥机中在真空度4.0Pa，-103℃的条件下冻干处理24h，取出待用；将松针置于石英舟中放入管式炉中，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率下升温至650℃，在此温度下恒温碳化2小时，待其冷却至室温，取出碳化产物，研磨成细粉状，分别用无水乙醇、去离子水洗涤5次，最后将碳化产物置于60℃烘箱中干燥10h，即得松针生物碳。
将松针生物碳和分析纯的氢氧化钾固体按质量比1:2混合研磨均匀，之后置于箱式气氛炉中，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率下升温至900℃，持续活化2h，待其冷却至室温，取出活化产物。
活化产物用浓盐酸浸泡10h，超声1小时，超声功率为60W，加去离子水稀释上述混合物到300mL，依次用无水乙醇、去离子水洗涤多次至中性，然后在70℃下真空干燥10h，制得超级电容器电极材料。
实施例3
采集10g新鲜松针并用无水乙醇、去离子水分别洗涤3次，之后放入真空冷冻干燥机中在真空度4.0Pa，-103℃的条件下冻干处理24h，取出待用。将松针置于石英舟中放入管式炉中，在氩气和氢气混合气(氢气体积含量为30％)保护下，以5℃/min的升温速率下升温至900℃，在此温度下恒温碳化1小时，待其冷却至室温，取出碳化产物，研磨成细粉状，分别用无水乙醇、去离子水洗涤4次，最后将碳化产物置于70℃烘箱中干燥10h，即得松针生物碳.
将松针生物碳和分析纯的氯化锌固体按质量比1:2混合研磨均匀，之后置于箱式气氛炉中，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率下升温至600℃，持续活化1.5h，待其冷却至室温，取出活化产物。
将活化产物用混合酸浸泡3h，该混合酸的浓硝酸：浓盐酸的体积比＝1：3，超声2小时，超声功率为60W，加去离子水稀释上述混合物到300mL，依次用无水乙醇、去离子水洗涤多次至中性，然后在60℃下真空干燥10h，制得超级电容器电极材料。
实施例4
采集10g新鲜松针并用无水乙醇、去离子水分别洗涤3次，之后放入真空冷冻干燥机中在真空度4.0Pa，-103℃的条件下冻干处理24h，取出待用。将松针置于石英舟中放入管式炉中，在氩气和氢气混合气(氢气体积含量为60％)保护下，以5℃/min的升温速率下升温至800℃，在此温度下恒温碳化2小时，待其冷却至室温，取出碳化产物，研磨成细粉状，分别用无水乙醇、去离子水洗涤5次，最后将碳化产物置于80℃烘箱中干燥10h，即得松枝生物碳.
将松针生物碳和分析纯的碳酸钾固体按质量比1:4混合研磨均匀，之后置于箱式气氛炉中，在氩气和氢气混合气(氢气体积含量为60％)保护下，以5℃/min的升温速率下升温至800℃，持续活化0.5h，待其冷却至室温，取出活化产物。
将活化产物用混合酸浸泡3h，该混合酸的浓硝酸：浓盐酸的体积比＝1：3，超声2小时，超声功率为60W，加去离子水稀释上述混合物到300mL，依次用无水乙醇、去离子水洗涤多次至中性，然后在80℃下真空干燥10h，制得超级电容器电极材料。
实施例5
采集10g新鲜松针并用无水乙醇、去离子水分别洗涤3次，之后放入真空冷冻干燥机中在真空度4.0Pa，-103℃的条件下冻干处理24h，取出待用；将松针置于石英舟中放入管式炉中，在氩气保护下，以5℃/min的升温速率下升温至750℃，在此温度下恒温碳化1小时，待其冷却至室温，取出碳化产物，研磨成细粉状，分别用无水乙醇、去离子水洗涤5次，最后将碳化产物置于80℃烘箱中干燥10h，即得松针生物碳.
将松针生物碳和分析纯的氢氧化钾固体按质量比1:3的比例混合研磨均匀，之后置于箱式气氛炉中，在氩气保护下，以5℃/min的升温速率下升温至750℃，持续活化1h，待其冷却至室温，取出活化产物。
活化产物用浓硝酸浸泡8h，超声处理0.5小时，超声功率为60W，加去离子水稀释上述混合物到300mL，依次用无水乙醇、去离子水洗涤多次至中性，然后在70℃下真空干燥10h，制得超级电容器电极材料。
如图1所示，本发明制得的活性炭材料在22.6°、42°左右出现2个石墨特征峰，分别与碳材料的(002)和(100)面相对应，均为弥散的宽峰，且无其他杂质峰。
如图2所示，本发明制得的活性炭材料在不同电流密度下对应的充放电曲线。充放电时间由长到短依次对应电流密度为0.5、1、2、5、10Ag-1，曲线均呈对称的三角形，说明主要发生了双电层电荷转移反应。数据表明：三电极体系中，在6MKOH溶液中1Ag-1电流密度下活性炭电极材料对应的比电容181Fg-1,电流密度为2Ag-1、5Ag-1、10Ag-1时，电容保持率分别为97％、94％、94％。
如图3所示，本发明制得的活性炭材料对应不同扫描速度的循环伏安曲线。循环伏安曲线都呈类矩形状，表明是典型的碳材料的双电层电容。随着扫速增大，曲线越偏离矩形。
如图4所示，本发明制得的活性炭材料N2吸附-脱附等温曲线。吸附等温线属于典型的I型等温线，其特点是低压区吸附量急剧增加，当相对压力P/Po≤0.1时，氮气吸附量已达到饱和吸附量的80％以上。表明制备的活性炭材料存在大量微孔和介孔结构。
Claims (4)
1.一种用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)将采集的松针将采集的松针用无水乙醇、去离子水分别洗涤3次，之后放入真空冷冻干燥机中在真空度4.0Pa，-103℃的条件下冻干处理24h，取出待用；
(2)将步骤(1)的松针置于石英舟中放入管式电阻炉中，在气氛保护下，以5℃/min的升温速率，升温至600～900℃，此温度下恒温碳化1～3小时，待其冷却至室温，取出碳化产物，研磨成细粉状，分别用无水乙醇、去离子水洗涤3～5次，最后将碳化产物置于烘箱中60～80℃，干燥10h，即得松针生物碳；
(3)将步骤(2)的松针生物碳和活化剂按质量百分比1:0.5～4混合均匀，置于箱式气氛炉中，在气体保护下，以5℃/min的升温速率，升温至500～900℃，在此温度下恒温碳化0.5～2小时，待其冷却至室温，取出活化产物；
(4)将步骤(3)的活化产物置于浓酸浸泡3～10h，之后超声处理0.5～2小时，超声功率为60W，稀释上述混合物到300mL，用无水乙醇和去离子水洗涤至中性，最后将产物置于烘箱中60～80℃，干燥10h，制得超级电容器电极材料。
2.根据权利要求1所述的用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法方法，其特征在于：所述活化剂为分析纯氢氧化钾、碳酸钾或者氯化锌材料中的一种或两种(二者比例任意)。
3.根据权利要求1所述的用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)中所述气氛保护所用气体为高纯氮气、高纯氩气或者氩气和氢气混合气，其中氢气体积含量为30％～60％。
4.根据权利要求1所述的用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于：所述浓酸为浓盐酸、浓硝酸或混合酸，所述混合酸为浓硝酸：浓盐酸的体积比为1：3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610023227.7A CN105692616A (zh) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | 一种用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610023227.7A CN105692616A (zh) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | 一种用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105692616A true CN105692616A (zh) | 2016-06-22 |
Family
ID=56227344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610023227.7A Pending CN105692616A (zh) | 2016-01-14 | 2016-01-14 | 一种用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105692616A (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106219539A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-12-14 | 句容市百诚活性炭有限公司 | 一种高比表面积多级孔结构活性炭的制备方法 |
| CN107055530A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-08-18 | 商洛学院 | 南瓜衍生层状碳作为超级电容器电极材料的制备方法 |
| CN107555430A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-01-09 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种超级电容器用松针基活性炭及其一步炭化制备方法 |
| CN108622897A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-10-09 | 东北师范大学 | 一种松针活性炭及其制备方法和应用 |
| CN108671889A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-10-19 | 东北师范大学 | 一种松针活性炭及其制备方法和应用 |
| CN109319777A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-02-12 | 江苏大学 | 一种松塔基制备生物活性炭的方法及其应用 |
| CN109928392A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-06-25 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于榆树钱衍生的生物质炭超级电容器电极材料的制备 |
| CN112053858A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-12-08 | 浙江工业大学 | 一种利用酸活化活性炭电极材料制备锌离子混合电容器的方法 |
| WO2021036548A1 (zh) * | 2019-08-26 | 2021-03-04 | 山东大学 | 一种超声波辅助制备超级活性炭的方法及其应用 |
| CN113830766A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-12-24 | 华中农业大学 | 发酵活化氧化的多孔活性生物炭的制备方法 |
| CN114758900A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-07-15 | 深圳大学 | 一种生物质多孔碳材料及其制备方法和超级电容器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101214951A (zh) * | 2008-01-14 | 2008-07-09 | 吉林大学 | 高比表面积和窄孔分布的多孔碳材料 |
| CN103923735A (zh) * | 2014-05-04 | 2014-07-16 | 天津理工大学 | 一种利用生物质废弃物再生废机油的方法 |
| CN103962097A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-08-06 | 中国石油大学(华东) | 浒苔基制备co2炭基吸附剂的方法 |
| CN104760948A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-08 | 燕山大学 | 一种超级电容器用高性能多孔碳电极材料的制备方法 |
-
2016
- 2016-01-14 CN CN201610023227.7A patent/CN105692616A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101214951A (zh) * | 2008-01-14 | 2008-07-09 | 吉林大学 | 高比表面积和窄孔分布的多孔碳材料 |
| CN103962097A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-08-06 | 中国石油大学(华东) | 浒苔基制备co2炭基吸附剂的方法 |
| CN103923735A (zh) * | 2014-05-04 | 2014-07-16 | 天津理工大学 | 一种利用生物质废弃物再生废机油的方法 |
| CN104760948A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-08 | 燕山大学 | 一种超级电容器用高性能多孔碳电极材料的制备方法 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106219539A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-12-14 | 句容市百诚活性炭有限公司 | 一种高比表面积多级孔结构活性炭的制备方法 |
| CN107055530A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-08-18 | 商洛学院 | 南瓜衍生层状碳作为超级电容器电极材料的制备方法 |
| CN107555430A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-01-09 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种超级电容器用松针基活性炭及其一步炭化制备方法 |
| CN107555430B (zh) * | 2017-09-01 | 2020-05-29 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种超级电容器用松针基活性炭及其一步炭化制备方法 |
| CN108622897A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-10-09 | 东北师范大学 | 一种松针活性炭及其制备方法和应用 |
| CN108671889A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-10-19 | 东北师范大学 | 一种松针活性炭及其制备方法和应用 |
| CN109319777A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-02-12 | 江苏大学 | 一种松塔基制备生物活性炭的方法及其应用 |
| CN109928392A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-06-25 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于榆树钱衍生的生物质炭超级电容器电极材料的制备 |
| WO2021036548A1 (zh) * | 2019-08-26 | 2021-03-04 | 山东大学 | 一种超声波辅助制备超级活性炭的方法及其应用 |
| CN112053858A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-12-08 | 浙江工业大学 | 一种利用酸活化活性炭电极材料制备锌离子混合电容器的方法 |
| CN113830766A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-12-24 | 华中农业大学 | 发酵活化氧化的多孔活性生物炭的制备方法 |
| CN114758900A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-07-15 | 深圳大学 | 一种生物质多孔碳材料及其制备方法和超级电容器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105692616A (zh) | 一种用松针基活性炭材料制备超级电容器电极材料的方法 | |
| Chen et al. | Preparation of activated carbon from cotton stalk and its application in supercapacitor | |
| CN108529587B (zh) | 一种磷掺杂生物质分级孔炭材料的制备方法及其应用 | |
| CN111453726A (zh) | 一种氮掺杂多孔炭材料及其制备方法与应用 | |
| CN108529621A (zh) | 一种氮掺杂多孔碳材料的制备及其应用 | |
| CN105540585B (zh) | 利用含羞草制备超级电容器电极材料的方法 | |
| CN109081342B (zh) | 一种海枣叶生物质多孔活性炭及其制备方法和应用 | |
| WO2018188422A1 (zh) | 一种用于超级电容器的蒜皮基活性炭电极材料及制备方法 | |
| CN106517197A (zh) | 超级电容器用氮掺杂多孔碳材料的制备方法 | |
| CN107089659B (zh) | 射频等离子体改性快速制备酶解木质素基富氮活性炭方法 | |
| CN110330016A (zh) | 一种无烟煤基多孔碳石墨微晶和孔隙的一步协同发展方法 | |
| CN105645410B (zh) | 3d网络孔结构超级电容炭及其制备方法 | |
| CN108439402B (zh) | 一种超级电容器用姜秸秆基活性炭及其制备方法 | |
| CN104071768B (zh) | 孔径分级分布的部分石墨化多孔碳电极材料及其制备方法 | |
| 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 | |
| CN104843685A (zh) | 利用牲畜粪便制备三维多孔类石墨烯碳电极材料的方法 | |
| CN106629723A (zh) | 一种生物质基含n,s,p共掺杂多孔碳及其应用 | |
| CN107958797A (zh) | 一种强碱氨气共活化生物质基活性炭电极材料的制备方法 | |
| CN111285688A (zh) | 生物质碳膜及其制备方法和应用 | |
| CN109467082B (zh) | 一种石墨化多孔玉米芯衍生炭电极材料的制备方法 | |
| Tu et al. | Biomass-based porous carbon for high-performance supercapacitor electrode materials prepared from Canada goldenrod | |
| CN112408391A (zh) | 一种三维分级多孔碳纳米材料及其制备方法和应用 | |
| CN112062125A (zh) | 一种掺杂多级孔碳材料及其制备方法和用途 | |
| CN106098407A (zh) | 一种利用食用菌培养基废弃物制备超级电容器多孔碳电极材料的方法 | |
| CN109003828B (zh) | 小麦秸秆衍生的多孔生物质炭电极材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160622 |