CN109161915B - 基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，属于超级电容器的领域。该方法为：将煤粉压片，制得煤粉阴极；将碳酸钠和碳酸钾充分混合制成熔盐，煤粉阴极单独插入熔盐中进行浸泡，清洗，干燥，得到超级电容器用活性炭粉；或将泡沫镍阴极、阳极插入熔盐中进行预电解，预电解完成后，将泡沫镍阴极取出，然后将煤粉阴极插入熔盐中进行电解，电解后，将煤粉阴极取出，清洗，干燥后得到超级电容器用活性炭粉。该方法可以制成的超级电容器用活性炭粉，可以作为性能优良的超级电容器活性炭电极材料，该方法具有原料来源广泛，对环境友好、成本较低、操作简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器的领域，具体涉及一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法。
背景技术
超级电容器是近几十年来发展的一种新型储能元件，同时具备传统电容的放电功率和化学电池储备电荷的能力，在航空航天、运输系统、国防以及通讯等诸多领域内均具有非常大的应用潜能。超级电容器具有循环性能良好、充放电速率较快、制作成本低廉、工作温度范围很宽、充放电效率高、漏电流极小，超大电容量等优良特性，是一种高效实用环保的能源储存装置，对环境不会产生污染。目前阶段，超级电容器领域的研究重点与难点落在怎样提高能量密度上，最行之有效的方法是寻找一种性能良好的电极活性材料。常用的电极材料包括碳质材料(活性炭、碳纳米管、石墨烯、炭纤维、纳米洋葱碳等)、金属氧化物(金属氢氧化物)、导电聚合物及复合材料等，其中碳材料在工业化上应用较广泛，具有一定的公认度。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，该制备方法以煤粉为原料，在碳酸钠：碳酸钾＝(45～70)：(55～30)(mol％)(其中最佳配比为59:41)的混合熔盐中，一种方法是将以压样机压成的煤粉压片在750℃～850℃的高温熔盐中浸泡一段时间得到低端品质的超级电容活性炭产品；另一种方法是以压样机压成的煤粉压片作阴极，镍基合金为惰性阳极，在经过预处理的750℃高温熔盐中施加电压，进行恒电位电解一段时间使煤粉进行脱氧增碳除杂反应，然后将压片提离熔盐冷却、用去离子水经超声清洗除去盐、干燥，得到高端品质的超级电容器活性炭产品。采用本发明的方法可以制成性能优良的超级电容器活性炭电极材料，具有原料来源广泛，对环境友好、成本较低、操作简单等优点。
本发明的一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，包括以下步骤：
步骤1：煤粉压片的制备
将煤粉进行压片，得到煤粉压片；其中，所述的煤粉的平均粒径为<0.1mm；
步骤2：准备
(1)将煤粉压片用铁丝固定在不锈钢丝集流体上，制得煤粉阴极；
将泡沫镍用铁丝固定在不锈钢丝集流体上，制得泡沫镍阴极；
将镍基合金与不锈钢丝集流体连接，制得阳极；
(2)将碳酸钠和碳酸钾充分混合，倒入坩埚中，再将坩埚置于反应器中，去除混合盐中的水分和杂质；其中，按摩尔比：碳酸钠：碳酸钾＝(45～70)：(55～30)，优选为，碳酸钠：碳酸钾＝59:41；
(3)将煤粉阴极、泡沫镍阴极、阳极均悬吊在碳酸钠和碳酸钾混合盐上方，封闭反应器，将反应器抽真空后，向反应器持续通入氩气，使得反应器内形成氩气气氛；
步骤3：浸泡实验
将反应器加热至碳酸钠和碳酸钾混合盐的熔化温度后，形成熔盐；继续加热至浸泡温度，将煤粉阴极单独插入熔盐中进行浸泡，浸泡1～12h后，清洗，干燥，得到超级电容器用活性炭粉；其中，浸泡温度比熔化温度多30℃～150℃；
其中，在750℃浸泡5h制备的超级电容器用活性炭粉的比容量可达到125F/g，而原料煤粉的比容量为20F/g。
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，在经过步骤1煤粉压片的制备、步骤2电解前准备后，还包括以下步骤：
步骤4：预电解
将反应器加热至碳酸钠和碳酸钾混合盐的熔化温度后形成熔盐，然后升温至反应温度；将泡沫镍阴极、阳极插入熔盐中，在泡沫镍阴极和阳极两端施加电压，进行预电解，预电解结束后，将泡沫镍阴极从熔盐中取出，所述的反应温度比熔化温度多30℃～50℃；
步骤5：电解
将煤粉阴极插入熔盐中进行电解，在煤粉阴极和阳极两端施加电压，进行恒电压电解，得到阴极产物；其中，电压为1.8V～2.4V，电解时间为1～12h；
步骤6：后处理
将阴极产物从熔盐取出，冷却，放入去离子水中，多次清洗除去熔盐，干燥后得到超级电容器用活性炭粉，封装。
所述的步骤1中，所述的煤粉采用以下方法制备：将煤锤成小块，在研钵中研磨成粉，用筛子反复筛分，得到平均粒径为<0.1mm的煤粉；
所述的筛子，为150目筛子，孔径为0.1mm；所述的研钵优选为陶瓷研钵。
所述的步骤1中，所述的压片，压片压力为2～4MPa，保压时间为0.5～2min。
所述的步骤2的(1)中，所述的阳极，镍基合金优选为镍铜铁合金。
所述的步骤2的(1)中，所述的泡沫镍的质量纯度≥99.9wt.％；所述的铁丝的直径为0.3±0.01mm；所述的不锈钢丝集流体的直径为2.0±0.1mm。
所述的步骤2的(2)中，所述的碳酸钠的质量纯度≥99wt.％；碳酸钾的质量纯度≥99wt.％。
所述的步骤2的(2)中，所述的充分混合采用研钵进行混合。
所述的步骤2的(2)中，所述的研钵优选为陶瓷研钵；所述的坩埚优选为刚玉坩埚。
所述的步骤2的(2)中，将碳酸钠和碳酸钾除去水分和杂质的方法为，将碳酸钠和碳酸钾置于反应器中，在750～800℃，压力8～12MPa，干燥10～15h。
所述的步骤2的(3)中，所述的氩气从反应器进气口通入，从反应器出气口排出，排出时，碳酸钠和碳酸钾混合盐的水分和杂质被氩气带走。
所述的步骤3中，所述的反应器加热为将反应器置于电阻丝炉中加热。
所述的步骤3中，所述的熔化温度为710+5℃。
所述的步骤3中，所述的浸泡温度优选为750±10℃。
所述的步骤4中，所述的预电解，电压为1.8V～2.2V，预电解时间为1～3h。
所述的步骤5中，电解温度比熔化温度多30℃～50℃，优选为750±10℃。
本发明的一种超级电容器用活性炭电极材料，按照上述制备方法制得。
本发明的一种超级电容器，包括正极、负极和电解液，其中，所述的正极，负极均可采用上述的超级电容器用活性炭电极材料。
本发明的一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，其原理是：将煤进行破碎研磨成粉末，后制成压片，在高温熔盐中以电化学的方法使煤粉进行脱氧增碳反应，去除煤粉中的杂质，改变碳的结构特征，制成性能优良的活性炭材料。
本发明的一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，其有益效果在于：
采用本发明的方法可以制成性能优良的超级电容器活性炭电极材料，对环境友好、成本较低、操作简单。
以电化学的方法，还原煤粉，在熔盐中形成多孔疏松结构的碳粉。作为超级电容器的电极材料，有利于电解液的进入和离开，有利于改善材料的电化学性能，制成的超级电容器性能良好。
附图说明
图1为实施例1中750℃浸泡5h制备的超级电容器用活性炭粉循环伏安和0.1A/g恒电流充放电测试与原料煤粉的对比图；其中，(a)为原料煤粉和超级电容器用活性炭粉的循环伏安对比图(扫速10mV/s)；(b)为原料煤粉和超级电容器用活性炭粉的恒电流充放电测试(0.1A/g)对比图；
图2为本发明实施例中采用的原料煤粉放大60000×倍的SEM图；
图3为本发明实施例中采用的原料煤粉放大8000×倍的SEM图；
图4为本发明实施例28的电解电压为2.1V电解5h制备的超级电容器用活性炭粉的SEM图(放大倍数60000×)；
图5为图4为本发明实施例28的电解电压为2.1V电解5h制备的超级电容器用活性炭粉的SEM图(放大倍数8000×)；
图6为本发明实施例38中电压2.3V电解5h制备的超级电容器活性炭粉循环伏安和0.1A/g恒电流充放电测试与原料煤粉的对比图；其中，(a)为原料煤粉和超级电容器用活性炭粉的循环伏安对比图(扫速10mV/s)；(b)为原料煤粉和超级电容器用活性炭粉的恒电流充放电测试(0.1A/g)对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实例中，除非特殊说明，采用的原料和设备均为市购，纯度为分析纯及以上；具体为：
煤采用山西大同高品质煤，为市购产品，其中，对山西大同高品质煤进行Eds分析，得到山西大同高品质煤中含有的成分及各个成分的质量百分比为：O为10～20％，余量为C和不可避免的杂质，杂质的总含量≤1％。采用的泡沫镍、细铁丝、不锈钢丝为市购产品。采用的玛瑙研钵、陶瓷研钵、刚玉坩埚为市购产品。采用的盐为碳酸钠、碳酸钾，纯度为分析纯。采用的镍基合金电极为自制产品。
以下实施例中采用的泡沫镍纯度为99.9％。
以下实施例中采用的细铁丝的直径在0.3±0.01mm，纯度99.99％。
以下实施例中采用的不锈钢丝的直径在2.0±0.1mm，型号为304。
以下实施例中采用碳酸钠、碳酸钾为熔盐，操作温度控制在750±5℃。
以下实施例中采用的两电极之间施加的电压范围为1.8±0.1V～2.4±0.1V。
以下实施例中采用的电源为直流稳压电源型号为：WYJ40A15V。
以下实施例中，反应器的出气口通过管道延伸至反应器外部的水池内液面的下方，当氩气持续流通时，有气泡冒出。
以下实施例中，将碳酸钠、碳酸钾去除水分和杂质是在反应器中，在温度750℃和压力10Pa条件下干燥12h。
以下实施例中对反应器内的物料进行加热是将反应器置于电阻丝炉中加热。
实施例1
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，按以下步骤进行：
步骤1：山西大同高品质煤粉压片的制备
(1)将山西大同高品质煤用锤子锤成小块，把小块煤放在陶瓷研钵中磨成粉末，并用筛子反复筛分，得到粒径小于0.1mm的山西大同高品质煤粉；
(2)用天平称取1g的煤粉，用压片机在3MPa，保压1min，得到煤粉压片；
步骤2：浸泡前准备
(1)将煤粉压片用0.3mm±0.01mm铁丝绑在2mm±0.1mm304不锈钢丝集流体上，制成煤粉阴极；
(2)按碳酸钠：碳酸钾＝59:41(mol％)称取700g混合盐，其中，碳酸钠为367.51g，碳酸钾为332.49g，置于陶瓷研钵中充分混合，再倒入刚玉坩埚中放置于反应器中；
(3)将煤粉阴极悬吊在碳酸钠和碳酸钾的混合盐上方，封闭反应器，将反应器抽真空后，向反应器持续通入氩气，使得反应器内形成氩气气氛；
步骤3：浸泡实验
将反应器加热至750±5℃，使碳酸钠和碳酸钾的混合盐熔化形成熔盐，加热过程中熔盐中的水分和杂质均被氩气带走；将煤粉阴极插入熔盐中进行浸泡实验，浸泡时间为1h，得到阴极产物。
步骤4：后处理
将冷却后的煤粉阴极放入去离子水中，反复清洗除去熔盐，干燥后得到超级电容器用活性炭粉，作为超级电容器用或性炭电极材料，封装。
实施例2
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为3h；
其他方式相同。
实施例3
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为5h；
其他方式相同。
将本实施例制备的超级电容器用活性炭粉组装为超级电容器，进行分析测试，其中，原料煤粉和超级电容器用活性炭粉的循环伏安对比图(扫速10mV/s)见图1(a)；原料煤粉和超级电容器用活性炭粉的恒电流充放电测试(0.1A/g)对比图见图1(b)；从图中可以得出，在较小的扫描速度下，两种材料的循环伏安曲线基本呈矩形，没有氧化还原峰，形成双电层电容器。矩形的面积可以说明电子在活性碳材料内部传递性明显好于原料煤粉，形成的双电层面积明显增大，材料的空隙的利用率高，容量明显提高。
两种材料的充放电曲线基本呈对称的等腰三角形，说明活性碳电极材料有较好的可逆性，表现出较好的电容性能。活性炭粉的曲线围成的三角形面积明显大于原料煤粉，说明其容量较高。
实施例4
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为8h；
其他方式相同。
实施例5
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为12h；
其他方式相同。
实施例6
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，反应器加热至800±5℃；
其他方式相同。
实施例7
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，反应器加热至800±5℃；
(2)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为3h；
其他方式相同。
实施例8
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，反应器加热至800±5℃；
(2)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为5h；
其他方式相同。
实施例9
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，反应器加热至800±5℃；
(2)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为8h；
其他方式相同。
实施例10
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，反应器加热至800±5℃；
(2)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为12h；
其他方式相同。
实施例11
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，反应器加热至850±5℃；
其他方式相同。
实施例12
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，反应器加热至850±5℃；
(2)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为3h；
其他方式相同。
实施例13
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，反应器加热至850±5℃；
(2)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为5h；
其他方式相同。
实施例14
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，反应器加热至850±5℃；
(2)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为8h；
其他方式相同。
实施例15
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例1，不同点在于：
(1)步骤3浸泡过程中，反应器加热至850±5℃；
(2)步骤3浸泡过程中，浸泡时间为12h；
其他方式相同。
实施例16
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，按以下步骤进行：
步骤1：山西大同高品质煤粉压片的制备
(1)将山西大同高品质煤用锤子锤成小块，把小块煤放在陶瓷研钵中磨成粉末，并用筛子反复筛分，得到粒径小于0.1mm的山西大同高品质煤粉；
(2)用天平称取1g的煤粉，用压片机在3MPa，保压1min，得到煤粉压片；
步骤2：电解前准备
(1)将煤粉压片用0.3mm±0.01mm铁丝绑在2mm±0.1mm304不锈钢丝集流体上，制成煤粉阴极；
将泡沫镍用0.3mm±0.01mm铁丝绑在2mm±0.1mm304不锈钢丝集流体上，制成泡沫镍阴极；
镍基合金与2mm±0.1mm304不锈钢丝集流体连接，制成阳极；
(2)按碳酸钠：碳酸钾＝59:41(mol％)称取700g混合盐，其中碳酸钠为367.51g，碳酸钾为332.49g，置于陶瓷研钵中充分混合，再倒入刚玉坩埚中放置于反应器中；
(3)将煤粉阴极、泡沫镍阴极，镍基合金阳极均悬吊在碳酸钠和碳酸钾的混合盐上方，封闭反应器，将反应器抽真空后，向反应器持续通入氩气，使得反应器内形成氩气气氛；
步骤3：预电解
将反应器加热至750±10℃，使碳酸钠和碳酸钾的混合盐熔化形成熔盐，加热过程中熔盐中的水分和杂质均被氩气带走；将泡沫镍阴极、镍基合金阳极插入熔盐中，在阴阳极两端施加2.0V电压，进行恒电压电解2h，然后提出泡沫镍阴极。
步骤4：电解
将煤粉阴极插入熔盐中进行电解，在煤粉阴极和阳极两端施加电压，进行恒电压电解，得到阴极产物；其中，电压为1.8V，电解时间为1h，得到阴极产物。
步骤6：后处理
将阴极产物从熔盐取出，冷却，放入去离子水中，多次清洗除去熔盐，干燥后得到超级电容器用活性炭粉，封装。
实施例17
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，电解时间为3h；
其他方式相同。
实施例18
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，电解时间为5h；
其他方式相同。
实施例19
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，电解时间为8h；
其他方式相同。
实施例20
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，电解时间为12h；
其他方式相同。
实施例21
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.0V电压；
其他方式相同。
实施例22
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.0V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为3h；
其他方式相同。
实施例23
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.0V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为5h；
其他方式相同。
实施例24
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.0V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为8h；
其他方式相同。
实施例25
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.0V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为12h；
其他方式相同。
实施例26
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.1V电压；
其他方式相同。
实施例27
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.1V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为3h；
其他方式相同。
实施例28
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.1V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为5h；
其他方式相同。
对本实施例制备的超级电容器用活性炭粉进行SEM分析，并且为了方便对比，将原料煤粉也进行了相同放大倍数的SEM分析，其中，原料煤粉放大60000×倍的SEM图见图2，原料煤粉放大8000×倍的SEM图见图3。放大倍数60000×电解电压为2.1V电解5h制备的超级电容器用活性炭粉的SEM图见图4；放大倍数8000×电解电压为2.1V电解5h制备的超级电容器用活性炭粉的SEM图见图5；
从以上图对比分析可以得到，本发明的方法改变了碳的结构，部分形成了多孔疏松结构的碳粉。
实施例29
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.1V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为8h；
其他方式相同。
实施例30
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.1V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为12h；
其他方式相同。
实施例31
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.2V电压；
其他方式相同。
实施例32
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.2V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为3h；
其他方式相同。
实施例33
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.2V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为5h；
其他方式相同。
实施例34
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.2V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为8h；
其他方式相同。
实施例35
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.2V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为12h；
其他方式相同。
实施例36
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.3V电压；
其他方式相同。
实施例37
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.3V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为3h；
其他方式相同。
实施例38
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.3V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为5h；
其他方式相同。
将本实施例制备的超级电容器用活性炭粉制备为超级电容器，并采用原料煤粉也制备为超级电容器，其中，原料煤粉和超级电容器用活性炭粉的循环伏安对比图(扫速10mV/s)见图6(a)；原料煤粉和超级电容器用活性炭粉的恒电流充放电测试(0.1A/g)对比图见图6(b)。
由图可以看出，750℃电压2.3V电解5h制备的超级电容器用活性炭粉的循环伏安图呈现矩形，对称性良好。根据恒电流充放电图可算出质量比容量为163F/g，远大于为处理过的原料煤粉。循环200次后容量基本保持率不变，为原来的99％。
实施例39
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.3V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为8h；
其他方式相同。
实施例40
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.3V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为12h；
其他方式相同。
实施例41
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.4V电压；
其他方式相同。
实施例42
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.4V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为3h；
其他方式相同。
实施例43
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.4V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为5h；
其他方式相同。
实施例44
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.4V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为8h；
其他方式相同。
实施例45
一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，同实施例16，不同点在于：
(1)步骤3电解过程中，在阴阳极两端施加2.4V电压；
(2)步骤3电解过程中，电解时间为12h；
其他方式相同。
Claims (8)
1.一种基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：煤粉压片的制备
将煤粉进行压片，得到煤粉压片；其中，所述的煤粉的平均粒径为<0.1mm；
步骤2：准备
(1)将煤粉压片用铁丝固定在不锈钢丝集流体上，制得煤粉阴极；
将泡沫镍用铁丝固定在不锈钢丝集流体上，制得泡沫镍阴极；
将镍基合金与不锈钢丝集流体连接，制得阳极；
(2)将碳酸钠和碳酸钾充分混合，倒入坩埚中，再将坩埚置于反应器中，去除混合盐中的水分和杂质；其中，按摩尔比：碳酸钠：碳酸钾=(45~70)：(55~30)；
(3)将煤粉阴极、泡沫镍阴极、阳极均悬吊在碳酸钠和碳酸钾混合盐上方，封闭反应器，将反应器抽真空后，向反应器持续通入氩气，使得反应器内形成氩气气氛；
步骤3：预电解
将反应器加热至碳酸钠和碳酸钾混合盐的熔化温度后形成熔盐，然后升温至反应温度；将泡沫镍阴极、阳极插入熔盐中，在泡沫镍阴极和阳极两端施加电压，进行预电解，预电解结束后，将泡沫镍阴极从熔盐中取出，所述的反应温度比熔化温度多30℃~50℃；所述的预电解，电压为1.8V~2.2V，预电解时间为1~3h；
步骤4：电解
将煤粉阴极插入熔盐中进行电解，在煤粉阴极和阳极两端施加电压，进行恒电压电解，得到阴极产物；其中，电压为1.8V~2.4V，电解时间为1~12h；
步骤5：后处理
将阴极产物从熔盐取出，冷却，放入去离子水中，多次清洗除去熔盐，干燥后得到超级电容器用活性炭粉，封装。
2.如权利要求1所述的基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的压片，压片压力为2~4MPa，保压时间为0.5~2min。
3.如权利要求1所述的基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，其特征在于，所述的步骤2的(1)中，所述的泡沫镍的质量纯度≥99.9wt.%；所述的铁丝的直径为0.3±0.01mm；所述的不锈钢丝集流体的直径为2.0±0.1mm。
4.如权利要求1所述的基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，其特征在于，所述的步骤2的(2)中，将碳酸钠和碳酸钾除去水分和杂质的方法为，将碳酸钠和碳酸钾置于反应器中，在750~800℃，压力8~12MPa，干燥10~15h。
5.如权利要求1所述的基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，其特征在于，按摩尔比：碳酸钠：碳酸钾=59:41。
6.如权利要求1所述的基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法，其特征在于，所述的步骤4中，电解温度比熔化温度多30℃~50℃。
7.一种超级电容器用活性炭电极材料，其特征在于，该超级电容器用活性炭电极材料按权利要求1所述的基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法制得。
8.一种超级电容器，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述的正极，负极均可采用权利要求7所述的超级电容器用活性炭电极材料。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |