CN106298265A - 超级电容器用复合材料及其制备方法 - Google Patents

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张玉良
关微
郭洪月
赵波
张津铭
陈明非
张三勇
李檀
徐维东
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Abstract

本发明涉及一种超级电容器用复合材料及其制备方法，以煤为原料，将煤样粉碎筛分至一定粒径的粉末，将粉末以25～35℃/min的升温速率升温至600～800℃，炭化，得到炭化料，将炭化料以25～35℃/min的升温速率升温至800～1100℃后，通入活化气体，活化3-5h，冷却至室温；将物料用水洗涤3-6次后，先进行酸洗，再用蒸馏水洗涤至PH接近7为止；在一定条件下干燥至恒重为止，得到所述活性炭复合材料。本发明制备的活性炭材料为电极材料，活性炭材料大的比表面积、大的总孔容和高的中孔率，提高了超级电容器的比电容和充放电循环性能，满足了超级电容器对高的比电容、优良的大电流性能的要求。

Description

超级电容器用复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种超级电容器用复合材料及其制备方法。
背景技术
超级电容器是一种介于蓄电池和传统电容器之间、基于电极/电解液界面的电化学过程的储能元件，其容量来源于双电层电容和法拉第准电容，它兼有普通电容器功率密度大和蓄电池能量密度高的特点，具有优异的连续快速充放电性能、循环寿命长、功率密度高、使用温度范围宽、对环境友好等优点。超级电容器在许多领域都有广泛的应用前景，如移动通信、信息技术、航空航天、国防科技、民用领域或单独用于调整电负荷、贮存电力，或与燃料电池、太阳能电池、风力发电、内燃机等产生电能的装置混合使用。目前越来越多的研究关注的提高超级电容器的电化学性能，尤其提高其比电容、充放电循环性能等。目前的研究表面，超级电容器的电极材料是制约其性能的关键因素之一，而活性炭材料具有的大的比表面积、高的中孔率、低的电阻率、化学性能稳定、孔结构可控、价格低廉、来源广泛等优点，使其作为超级电容器的理想电极材料。因此，如何制备出比表面积大、中孔率高、总孔容大的活性炭材料对提高超级电容器的电化学性能具有至关重要的作用。以活性炭作为电极材料的超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器，其电极材料的性能决定了双电层电容器的工作性能，如电极导电率、电极比表面积等。目前超级电容器常用的碳电极材料有多孔结构的活性炭粉末、碳纳米管等，而工业生产上主要是使用活性炭粉末。一般认为电极材料的比表面积在一定程度上和双电层电容器的电容大小是线性相关的，因此许多生产厂家为了提高产品电容性能，选择颗粒尺寸和孔径都很小的活性炭粉末，这样的粉末由于比表面积大，制备得到的双电层电容器比电容大、能量密度较高的超级电容，但这种双电层电容器的储能性能仍无法和电池、锂电池等其他储能设备相比拟。同时由于碳粉颗粒太小，导致制作得到的双电层电容器内阻大，充放电时间慢，功率密度低，完全失去了超级电容自身的优势和特点。因此如何在功率密度和能量密度中寻找一个合适的平衡点，是目前双电层电容器电极材料的研发关键点，可以充分发挥双电层电容器的自身特长。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种超级电容器用复合材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种超级电容器用复合材料及其制备方法，以煤为原料，其特征在于：包括如下步骤：
a、将煤样粉碎筛分至一定粒径的粉末，进行去矿物质处理，烘干，将粉末以25～35℃/min的升温速率升温至600～800℃，炭化，得到炭化料，将活化剂溶液按1∶1.5-3.5的比例混合均匀，过滤；
b、炭化料的活化：将步骤a制备的炭化料以25～35℃/min的升温速率升温至800～1100℃后，通入活化气体，活化3-5h，冷却至室温；
c、将步骤b得到的物料用水洗涤3-6次后，先进行酸洗，再用蒸馏水洗涤至PH接近7为止；
d、在一定条件下干燥至恒重为止，得到所述活性炭复合材料。
优选地，步骤a中所选原料为褐煤，所选活化剂为氯化锌。
优选地，步骤b中所述的活化气体为二氧化碳和水蒸气的混合气体。
优选地，所述活化气体的流量为100～300ml/min。
优选地，步骤a中所述粉末的粒径为5～15μm，比表面积为1500～1800m2/g。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备的活性炭材料为电极材料，活性炭材料大的比表面积、大的总孔容和高的中孔率，提高了超级电容器的比电容和充放电循环性能，满足了超级电容器对高的比电容、优良的大电流性能的要求。
具体实施方式
实施例一：
一种超级电容器用复合材料及其制备方法，以煤为原料，包括如下步骤：
a、将煤样粉碎筛分至一定粒径的粉末，进行去矿物质处理，烘干，将粉末以25℃/min的升温速率升温至600℃，炭化，得到炭化料，将活化剂溶液按1∶1.5的比例混合均匀，过滤；b、炭化料的活化：将步骤a制备的炭化料以25℃/min的升温速率升温至800℃后，通入活化气体，活化3-5h，冷却至室温；c、将步骤b得到的物料用水洗涤3次后，先进行酸洗，再用蒸馏水洗涤至PH接近7为止；d、在一定条件下干燥至恒重为止，得到所述活性炭复合材料。
步骤a中所选原料为褐煤，所选活化剂为氯化锌；步骤b中所述的活化气体为二氧化碳和水蒸气的混合气体；所述活化气体的流量为100ml/min；步骤a中所述粉末的粒径为5μm，比表面积为1500m2/g。
实施例二：
一种超级电容器用复合材料及其制备方法，以煤为原料，包括如下步骤：
a、将煤样粉碎筛分至一定粒径的粉末，进行去矿物质处理，烘干，将粉末以35℃/min的升温速率升温至800℃，炭化，得到炭化料，将活化剂溶液按1∶3.5的比例混合均匀，过滤；b、炭化料的活化：将步骤a制备的炭化料以35℃/min的升温速率升温至1100℃后，通入活化气体，活化5h，冷却至室温；c、将步骤b得到的物料用水洗涤6次后，先进行酸洗，再用蒸馏水洗涤至PH接近7为止；d、在一定条件下干燥至恒重为止，得到所述活性炭复合材料。
步骤a中所选原料为褐煤，所选活化剂为氯化锌；步骤b中所述的活化气体为二氧化碳和水蒸气的混合气体；所述活化气体的流量为300ml/min；步骤a中所述粉末的粒径为15μm，比表面积为1800m2/g。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超级电容器用复合材料及其制备方法，以煤为原料，其特征在于：包括如下步骤：
a、将煤样粉碎筛分至一定粒径的粉末，进行去矿物质处理，烘干，将粉末以25～35℃/min的升温速率升温至600～800℃，炭化，得到炭化料，将活化剂溶液按1∶1.5-3.5的比例混合均匀，过滤；
b、炭化料的活化：将步骤a制备的炭化料以25～35℃/min的升温速率升温至800～1100℃后，通入活化气体，活化3-5h，冷却至室温；
c、将步骤b得到的物料用水洗涤3-6次后，先进行酸洗，再用蒸馏水洗涤至PH接近7为止；
d、在一定条件下干燥至恒重为止，得到所述活性炭复合材料。
2.根据权利要求1所述的超级电容器用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤a中所选原料为褐煤，所选活化剂为氯化锌。
3.根据权利要求1所述的超级电容器用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤b中所述的活化气体为二氧化碳和水蒸气的混合气体。
4.根据权利要求3所述的超级电容器用复合材料及其制备方法，其特征在于：所述活化气体的流量为100～300ml/min。
5.根据权利要求2所述的超级电容器用复合材料及其制备方法，其特征在于：步骤a中所述粉末的粒径为5～15μm，比表面积为1500～1800m2/g。
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