CN112194112B - 一种高电容多级孔碳材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种高电容多级孔碳材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112194112B CN112194112B CN202010795221.8A CN202010795221A CN112194112B CN 112194112 B CN112194112 B CN 112194112B CN 202010795221 A CN202010795221 A CN 202010795221A CN 112194112 B CN112194112 B CN 112194112B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon material
- capacitance
- porous carbon
- hierarchical
- preparation
- 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.)
- Active
Links
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 153
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000002149 hierarchical pore Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000010920 waste tyre Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 20
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 24
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 23
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 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
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 39
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 16
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 abstract description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 29
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 18
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 8
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 8
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 8
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 7
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 4
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 4
- 229960002337 magnesium chloride Drugs 0.000 description 4
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 4
- NEKPCAYWQWRBHN-UHFFFAOYSA-L magnesium;carbonate;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Mg+2].[O-]C([O-])=O NEKPCAYWQWRBHN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 240000007049 Juglans regia Species 0.000 description 1
- 235000009496 Juglans regia Nutrition 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 229940050906 magnesium chloride hexahydrate Drugs 0.000 description 1
- DHRRIBDTHFBPNG-UHFFFAOYSA-L magnesium dichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[Cl-].[Cl-] DHRRIBDTHFBPNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229940091250 magnesium supplement Drugs 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 235000020234 walnut Nutrition 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- 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
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- 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
- H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
-
- 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
- H01G11/44—Raw materials therefor, e.g. resins or coal
-
- 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)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种高电容多级孔碳材料及其制备方法与应用，所述高电容多级孔碳材料的制备方法包括：将具有规则微观形貌的多孔金属氧化物模板剂浸渍于废轮胎裂解油中，混合均匀得到前驱体混合物；于惰性气氛下，对所述前驱体混合物进行煅烧，得到模板剂与多级孔碳材料的混合物；采用酸洗的方式去除所述模板剂与多级孔碳材料的混合物中的模板剂，再将所得产物水洗至中性后干燥，得到所述高电容多级孔碳材料。本发明制备得到的多级孔碳材料的石墨层数少，比表面积高，孔体积大，具有多级孔分布的特点而且还带有一定的形貌特征；将该多级孔碳材料用作超级电容器的电极材料后，其呈现出大电容量、高容量保持率、优异的倍率性能以及良好的循环稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高电容多级孔碳材料及其制备方法与应用，属于新型碳材料技术领域。
背景技术
超级电容器是一种具有高功率密度和循环寿命的新型电能储存器件，其由电极材料、隔膜和电解液构成，目前本领域常用的商业电极材料一般为活性炭。在超级电容器充电过程中，依靠在双电层作用下电解液中的离子吸附到多孔电极材料的内表面以储存电荷。电极材料的比表面积和孔结构是影响电容特性的重要因素，商用活性炭比表面积高，能够提供较大的比电容，但其孔结构为单纯的微孔，使得电解液离子在材料中扩散缓慢，在较大的充放电电流下容量衰减严重，限制了超级电容器性能的发挥。
多级孔碳是一种具有微孔(<2nm)和介孔(2-50nm)或大孔(>50nm)的多级孔结构的碳材料。相比于商用活性炭(<2nm)，多级孔碳具有孔径分布宽，孔体积大的特点，有利于电解液离子的储存和快速传输，在较大的充放电电流下也能发挥出较好的电容特性，即能够提供良好的倍率性能。因此，多级孔碳是制备超级电容器电极的理想材料。多级孔碳一般采用活化法或模板法进行制备，如：Shang等人(Nano Energy 2020；70:104531)以核桃壳为原料，采用KOH活化法制备了微孔碳，以此为电极材料组装的超级电容器在0.5A g-1下的比电容为275F g-1，且在100A g-1下的电容保持率达到95％。Xie等人(Advanced Materials2012；24:347-352)以苯为碳源，多孔氧化镁为模板剂采用模板法制备了介孔碳，以此组装的超级电容器在1A g-1下的比电容为225F g-1，且在100A g-1下的电容保持率达到70％以上，经过10000次的充放电循环，没有明显的容量衰减。
为满足本领域对超级电容器高倍率性能的需求，采用具有高速离子传输特性的多级孔碳材料作为电极材料可以充分发挥超级电容器的电荷储存性能，提高器件储能效率。微孔碳具有较高的比表面积，但是孔结构主要集中于微孔分布，电解液不能充分地润湿其表面，比表面积得不到充分地利用；而介孔碳比表面积较低，吸附电解液离子的量较少，导致容量较低。
因此，提供一种具有适宜比表面积及合理孔分布的多级孔碳材料并将其用作超级电容器电极材料已经成为本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种高电容多级孔碳材料的制备方法。
本发明的另一目的还在于提供由以上所述制备方法制备得到的高电容多级孔碳材料。
本发明的又一个目的还在于提供所述高电容多级孔碳材料作为超级电容器所用电极材料的应用。
本发明的再一个目的还在于提供一种超级电容器，所述超级电容器的电极材料由以上所述高电容多级孔碳材料制成。
为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种高电容多级孔碳材料的制备方法，其中，所述高电容多级孔碳材料的制备方法包括：
(1)将具有规则微观形貌的多孔金属氧化物模板剂浸渍于废轮胎裂解油中，混合均匀得到前驱体混合物；
(2)于惰性气氛下，对所述前驱体混合物进行煅烧，得到模板剂与多级孔碳材料的混合物；
(3)采用酸洗的方式去除所述模板剂与多级孔碳材料的混合物中的模板剂，再将所得产物水洗至中性后干燥，得到所述高电容多级孔碳材料。
在以上所述的制备方法中，优选地，所述废轮胎裂解油为重质馏分裂解油。
在以上所述的制备方法中，所述废轮胎裂解油为废乘用车轮胎炼油过程中产生的裂解残渣油组分。
在以上所述的制备方法中，优选地，所述模板剂与废轮胎裂解油的质量比为0.1:1-20:1，更优选为1:1-5:1。
在以上所述的制备方法中，优选地，所述多孔金属氧化物模板剂的比表面积为10-200m2/g，粒径分布为0.1-200μm，孔径分布为1-100nm。
在以上所述的制备方法中，优选地，所述多孔金属氧化物模板剂包括镁、锌、铁、锰、铜、镍、钴或铅的氧化物中的一种或几种的组合；
更优选地，所述多孔金属氧化物模板剂包括氧化镁、氧化锌、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化锰、二氧化锰或氧化铜中的一种或几种的组合；
在以上所述的制备方法中，所述多孔金属氧化物模板剂可以为现有技术中上述模板剂的任意形态，优选地，所述多孔金属氧化物模板剂的形状为棒状、颗粒状、片状、圆柱状、块状、管状中的一种或几种的组合。
其中，在本发明一具体实施方式中，所述片状例如可为多孔片状，所述圆柱状例如可为多孔圆柱状，所述块状例如可为多孔块状。
在以上所述的制备方法中，所述多孔金属氧化物模板剂可以通过商购获得，也可以采用如下所述的制备方法制得；
以制备棒状多孔氧化镁为例，制备过程为：
以六水合氯化镁和无水碳酸钠为原料，分别配制0.5mol/L的氯化镁和碳酸钠溶液，经过超声分散使溶液均匀，快速将碳酸钠溶液倒入氯化镁溶液中，搅拌6小时后在室温下结晶12小时；
将得到的沉淀物进行过滤，再将得到的滤饼放入烘箱中烘干，得到棒状三水合碳酸镁；
将得到的棒状三水合碳酸镁在650℃下煅烧，即可得到棒状多孔氧化镁模板剂；该棒状多孔氧化镁模板剂的比表面积为10-120m2/g，孔径分布为1-100nm；
棒状多孔氧化镁模板剂的长度为5-20μm，宽度为0.5-1μm。
在以上所述的制备方法中，优选地，步骤(1)中，将具有规则微观形貌的多孔金属氧化物模板剂浸渍于废轮胎裂解油中，再对体系进行超声分散后得到前驱体混合物；
更优选地，超声分散时间为5-40min。
在以上所述的制备方法中，为了获得质量优良的高电容多级孔碳材料，于步骤(1)的浸渍过程中，应尽量保证碳源废轮胎裂解油渗入模板剂的孔道中，并排除其中的空气；在以上所述的制备方法中，可以通过对体系进行超声分散来保证废轮胎裂解油碳源渗入模板剂的孔道中，并排除其中的空气。
在以上所述的制备方法中，优选地，所述煅烧的温度为500-1200℃，压力为0.1-0.3MPa，时间为10-600min；
更优选地，所述煅烧的温度为700-900℃，压力为0.1-0.15MPa，时间为30-120min；
还更优选地，升温至煅烧温度的升温速率为2-20℃/min。
在以上所述的制备方法中，优选地，所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气中的一种或几种的组合。
在以上所述的制备方法中，优选地，所述惰性气氛的气速为0.2-10L/min。
在以上所述的制备方法步骤(2)中，煅烧后自然冷却至室温得到模板剂与多级孔碳材料的混合物。
在以上所述的制备方法中，优选地，酸洗所用酸洗溶液包括稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的一种或多种。
其中，本发明对稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸的浓度不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理选择其浓度，只要保证可以实现本发明酸洗去除模板剂的目的即可；例如在本发明具体实施方式中，利用浓度为15-25wt％的盐酸溶液来进行酸洗以去除模板剂。
以上所述的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将具有规则微观形貌的多孔金属氧化物模板剂浸渍于废轮胎裂解油中，混合均匀得到前驱体混合物；
(2)将前驱体混合物放入反应器中，通入载气(惰性气氛)置换反应器内的空气后维持载气通入并使反应器按程序升温进行反应，反应结束后，待反应器自然冷却到室温，关闭载气并取出反应产物，即得到模板剂与多级孔碳材料的混合物；
(3)采用酸洗的方式去除所述模板剂与多级孔碳材料的混合物中的模板剂，酸洗后过滤去除酸洗所用酸洗溶液再将所得产物水洗至中性后干燥，得到所述高电容多级孔碳材料。
另一方面，本发明还提供了以上所述高电容多级孔碳材料的制备方法制备得到的高电容多级孔碳材料。
由于制备所述高电容多级孔碳材料的原料废轮胎裂解油中含有一定量的含氧官能团和含硫化合物，因此制备得到的高电容多级孔碳材料中含有一定量的氧元素和硫元素；优选地，以所述高电容多级孔碳材料的总重量为100％计，高电容多级孔碳材料中的氧含量为0.1-5wt％，硫含量为0.05-2wt％。
其中，多级孔碳材料中的氧和硫可以调整电子空穴，拓宽碳材料能隙，影响碳原子的自旋密度和电荷分布，影响碳材料的酸碱特性，诱导碳材料产生更多缺陷位和活性位，使得多级孔碳材料具有更优异的电学特性和更高的电容储存特性，这些含氧含硫官能团可以显著增加材料的赝电容，进一步提高电容特性。
优选地，所述高电容多级孔碳材料的比表面积为1000-2000m2/g，孔体积为0.1-5cm3/g，孔径分布为0.5-60nm；
更优选地，所述高电容多级孔碳材料的孔体积为2-5cm3/g。
其中，本发明所述高电容多级孔碳材料中的“高电容”是指该多级孔碳材料综合具有大电容量、高容量保持率、优异的倍率性能以及良好的循环稳定性等特性。
又一方面，本发明还提供了以上所述高电容多级孔碳材料作为超级电容器所用电极材料的应用。
再一方面，本发明还提供了一种超级电容器，其中，所述超级电容器的电极材料由以上所述高电容多级孔碳材料制成。
本发明所提供的高电容多级孔碳材料制备方法以废轮胎裂解油作为原料碳源，以具有特定规则微观形貌的多孔金属氧化物作为模板剂，利用液相浸渍法将废轮胎裂解油与模板剂混合，而后在模板剂的定向引导作用下，废轮胎裂解油碳化(模板剂引导碳化)生成高电容多级孔碳材料。
本发明所提供的该制备方法采用具有特定规则微观形貌的多孔金属氧化物作为模板剂，采用液相的废轮胎裂解油作为碳源，直接通过浸渍法使废轮胎裂解油负载于多孔金属氧化物表面与内部孔道，废轮胎裂解油所含丰富的少环芳烃(如2-3环的芳烃)更利于形成薄层碳骨架，使得本发明制备得到的多级孔碳材料的石墨层数少，比表面积高(>1000m2/g)，孔体积大(可达到2cm3/g以上)，具有多级孔分布的特点，而且还带有一定的形貌特征；将该多级孔碳材料用作超级电容器的电极材料后，其呈现出大电容量、高容量保持率、优异的倍率性能以及良好的循环稳定性；
同时，本发明所提供的该制备方法原料价格低廉，操作简单，容易实现批量制备，通过调节模板剂的形貌以及模板剂与碳源的比例可以实现多级孔碳材料的形貌、比表面积以及孔分布的调控，适合工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂的扫描电镜图片。
图2为本发明实施例1中制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂的X射线粉末衍射图。
图3为本发明实施例1中制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂的孔分布曲线。
图4为本发明实施例2中制备得到的多级孔碳材料的扫描电镜图片。
图5为本发明实施例2中制备得到的多级孔碳材料的氮气吸附/脱附曲线。
图6为本发明实施例2中制备得到的多级孔碳材料的孔分布曲线。
图7为本发明实施例2中制备得到的多级孔碳材料用作超级电容器电极材料时的循环伏安曲线。
图8为本发明实施例2中制备得到的多级孔碳材料用作超级电容器电极材料时的倍率性能曲线。
图9为本发明实施例3中制备得到的多级孔碳材料的透射电镜图片。
图10为本发明实施例3中制备得到的多级孔碳材料的高分辨透射电镜图片。
图11为本发明实施例3中制备得到的多级孔碳材料的X射线光电子能谱图。
图12为本发明实施例4中制备得到的多级孔碳材料的X射线粉末衍射谱图。
图13为本发明实施例5中制备得到的多级孔碳材料用作超级电容器电极材料时的倍率性能测试曲线。
图14为本发明实施例5中制备得到的多级孔碳材料用作超级电容器电极材料时的恒流充放电曲线。
图15为本发明实施例5中制备得到的多级孔碳材料用作超级电容器电极材料时的循环性能曲线。
图16为本发明对比例1中制备得到的碳材料的氮气吸附/脱附曲线。
图17为本发明对比例1中制备得到的碳材料孔分布曲线。
图18为本发明对比例1中制备得到的碳材料用作超级电容器电极材料时的循环伏安曲线。
图19为本发明对比例2中制备得到的碳材料用作超级电容器电极材料时的倍率性能曲线。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
模板剂制备实施例
实施例1
本实施例提供了一种棒状多孔氧化镁模板剂的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：
分别配制浓度为0.5mol/L的氯化镁和碳酸钠溶液，经过超声分散使溶液均匀；
快速将碳酸钠溶液倒入氯化镁溶液中，搅拌6小时后在室温下结晶12小时；
将得到的沉淀物进行过滤，将得到的滤饼放入烘箱中烘干，得到棒状三水合碳酸镁；
再将棒状三水合碳酸镁在650℃下煅烧，即可得到棒状多孔氧化镁模板剂。
本实施例所制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂的扫描电镜图片如图1所示，X射线粉末衍射图如图2所示，孔分布曲线如图3所示。
可见，该棒状多孔氧化镁模板剂为内部中空多孔的纤维结构，长度为20-40μm，直径为0.5-1μm，比表面积为89.2m2/g，孔径分布为2-40nm。
多级孔碳材料制备实施例
实施例2
本实施例提供了一种多级孔碳材料的制备方法，其中，所述制备方法包括以下具体步骤：
将实施例1制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂与废轮胎裂解油(购自青岛双星集团)按照1.5:1的质量比例进行混合，并经过超声处理20分钟，得到前驱体混合物；
随后将此前驱体混合物转移至石英舟中并置于水平管式炉反应器中，通入0.5L/min氩气清洗并置换反应器内空气20分钟，反应器以5℃/min的升温速率升温至900℃并恒温1小时，期间维持0.4L/min氩气作为惰性保护气，反应压力为0.1MPa，恒温结束后反应器自然冷却至室温后取出反应产物，即得到模板剂与多级孔碳材料的混合物；
利用质量分数为20％的稀盐酸溶液去除模板剂与多级孔碳材料的混合物中的模板剂，最后用去离子水洗至中性并于100℃烘干24小时，得到所述多级孔碳材料。
图4为本实施例制备得到的多级孔碳材料的扫描电镜图片，从图4中可以看出，该多级孔碳材料形貌呈现棒状结构，与模板剂多孔氧化镁的棒状形貌相一致。
图5为该多级孔碳材料的氮气吸附/脱附曲线。
图6为该多级孔碳材料的孔分布曲线，从图6中可以看出该碳材料呈现为多级孔结构。
本实施例制备得到的该多级孔碳材料的比表面积为1450m2/g，总孔体积为2.85cm3/g，孔径分布为0.5-60nm。
实施例3
本实施例提供了一种多级孔碳材料的制备方法，其中，所述制备方法包括以下具体步骤：
将实施例1制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂与废轮胎裂解油(购自青岛双星集团)按照1:1的质量比例进行混合，并经过超声处理20分钟，得到前驱体混合物；
随后将此前驱体混合物转移至石英舟中并置于水平管式炉反应器中，通入0.5L/min氩气清洗并置换反应器内空气20分钟，反应器以5℃/min的升温速率升温至900℃并恒温1小时，期间维持0.4L/min氩气作为惰性保护气，反应压力为0.1MPa，恒温结束后反应器自然冷却至室温后取出反应产物，即得到模板剂与多级孔碳材料的混合物；
利用质量分数为20％的稀盐酸溶液去除模板剂与多级孔碳材料的混合物中的模板剂，最后用去离子水洗至中性并于100℃烘干24小时，得到所述多级孔碳材料。
图9为本实施例制备得到的多级孔碳材料的透射电镜图片，从图9中可以看出，该多级孔碳材料呈现棒状结构，且具有发达的孔道结构。
图10为本实施例制备得到的该多级孔碳材料的高分辨透射电镜图片，从图10中可以看出，该多级孔碳材料主要由少层石墨层构成。
图11为本发明实施例制备得到的该多级孔碳材料的X射线光电子能谱图，从图11中可以看出，该多级孔碳材料中，碳含量为95.7％(质量分数)，氧含量为3.3％(质量分数)，硫含量为1.0％(质量分数)，碳含量、氧含量及硫含量均以所述多级孔碳材料的总重为基准计算得到。
实施例4
本实施例提供了一种多级孔碳材料的制备方法，其中，所述制备方法包括以下具体步骤：
将实施例1制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂与废轮胎裂解油(购自青岛双星集团)按照1:1的质量比例进行混合，并经过超声处理20分钟，得到前驱体混合物；
随后将此前驱体混合物转移至石英舟中并置于水平管式炉反应器中，通入0.5L/min氩气清洗并置换反应器内空气20分钟，反应器以5℃/min的升温速率升温至800℃并恒温1小时，期间维持0.4L/min氩气作为惰性保护气，反应压力为0.1MPa，恒温结束后反应器自然冷却至室温后取出反应产物，即得到模板剂与多级孔碳材料的混合物；
利用质量分数为20％的稀盐酸溶液去除模板剂与多级孔碳材料的混合物中的模板剂，最后用去离子水洗至中性并于100℃烘干24小时，得到多级孔碳材料。
图12是本实施例中制备得到的该多级孔碳材料的X射线粉末衍射谱图，从图12中可以看出，处于低衍射角度区的较高峰强度指示该材料存在发达的孔结构，较宽阔且强度较低的002峰表明该多级孔碳材料由少层石墨层组成。
实施例5
本实施例提供了一种多级孔碳材料的制备方法，其中，所述制备方法包括以下具体步骤：
将实施例1制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂与废轮胎裂解油(购自青岛双星集团)按照2:1的比例进行混合，并经过超声处理20分钟，得到前驱体混合物；
随后将此前驱体混合物转移至石英舟中并置于水平管式炉反应器中，通入1L/min氩气清洗并置换反应器内空气20分钟，反应器以5℃/min的升温速率升温至800℃并恒温1小时，期间维持0.4L/min氩气作为惰性保护气，反应压力为0.1MPa，恒温结束后反应器自然冷却至室温后取出反应产物，即得到模板剂与多级孔碳材料的混合物；
利用质量分数为20％的稀盐酸溶液去除模板剂与多级孔碳材料的混合物中的模板剂，最后用去离子水洗至中性并于100℃烘干24小时，得到多级孔碳材料。
实施例6
本实施例提供了一种多级孔碳材料的制备方法，其中，所述制备方法包括以下具体步骤：
将实施例1制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂与废轮胎裂解油(购自青岛双星集团)按照3:1的质量比例进行混合，并经过超声处理20分钟，得到前驱体混合物；
随后将此前驱体混合物转移至石英舟中并置于水平管式炉反应器中，通入1L/min氩气清洗并置换反应器内空气20分钟，反应器以5℃/min的升温速率升温至800℃并恒温1小时，期间维持0.4L/min氩气作为惰性保护气，反应压力为0.1MPa，恒温结束后反应器自然冷却至室温后取出反应产物，即得到模板剂与多级孔碳材料的混合物；
利用质量分数为20％的稀盐酸溶液去除模板剂与多级孔碳材料的混合物中的模板剂，最后用去离子水洗至中性并于100℃烘干24小时，得到多级孔碳材料。
对比例
对比例1
本对比例提供了一种碳材料的制备方法，其中，所述制备方法包括以下具体步骤：
将实施例1制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂与沥青按照1.5:1的质量比例进行混合，并经过超声处理20分钟，得到前驱体混合物；
随后将此前驱体混合物转移至石英舟中并置于水平管式炉反应器中，通入0.5L/min氩气清洗并置换反应器内空气20分钟，反应器以5℃/min的升温速率升温至900℃并恒温1小时，期间维持0.4L/min氩气作为惰性保护气，反应压力为0.1MPa，恒温结束后反应器自然冷却至室温后取出反应产物，即得到模板剂与碳材料的混合物；
利用质量分数为20％的稀盐酸溶液去除模板剂与碳材料的混合物中的模板剂，最后用去离子水洗至中性并于100℃烘干24小时，得到碳材料。
图16为对比例1中制备得到的该碳材料的氮气吸附/脱附曲线，图17为对比例1中制备得到的该碳材料的孔分布曲线，可看出该碳材料呈现为介孔结构。
本对比例制备得到的该碳材料的比表面积为452m2/g，总孔体积为1.7cm3/g，由此可见对比例1中以沥青为碳源制备得到的该碳材料的比表面积远低于本发明实施例中以废轮胎裂解油为碳源制备得到的多级孔碳材料的比表面积，这表明相对于本领域现有的常规碳源，如沥青等，废轮胎裂解油是制备多级孔碳材料更加优质的碳源。
对比例2
本对比例提供了一种碳材料的制备方法，其中，所述制备方法包括以下具体步骤：
将实施例1制备得到的棒状多孔氧化镁模板剂与沥青按照2:1的质量比例进行混合，并经过超声处理20分钟，得到前驱体混合物；
随后将此前驱体混合物转移至石英舟中并置于水平管式炉反应器中，通入1L/min氩气清洗并置换反应器内空气20分钟，反应器以5℃/min的升温速率升温至800℃并恒温1小时，期间维持0.4L/min氩气作为惰性保护气，反应压力为0.1MPa，恒温结束后反应器自然冷却至室温后取出反应产物，即得到模板剂与碳材料的混合物；
利用质量分数为20％的稀盐酸溶液去除模板剂与碳材料的混合物中的模板剂，最后用去离子水洗至中性并于100℃烘干24小时，得到碳材料。
应用例
应用例1
本应用例提供了一种超级电容器，该超级电容器以实施例2提供的多级孔碳材料作为电极材料，所述超级电容器的组装包括以下具体步骤：
1)按照8:1:1的质量比称取本发明实施例2所制备得到的多级孔碳材料、导电炭黑和聚四氟乙烯粘结剂，利用氮甲基吡咯烷酮作为分散剂，并搅拌使其均匀混合得到浆料；
2)将上述浆料均匀涂覆于直径为13mm的泡沫镍极片上，置于100℃烘箱中干燥12h，得到电极；
3)采用步骤2)得到的质量相同的两片电极极片组装扣式电容器，以6mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，玻璃纤维滤纸作为隔膜。
对所得超级电容器进行电化学性能测试，测试过程采用上海辰华CHI660D电化学工作站。
图7为实施例2中制备得到的多级孔碳材料用作超级电容器电极材料时的循环伏安曲线，从图7中可以看出，将实施例2制备得到的多级孔碳材料作为超级电容器电极材料时，在50mV/s的扫描速率下，循环伏安曲线能够保持很好的矩形形状，表明其具有优异的电容特性。
图8为实施例2中制备得到的多级孔碳材料用作超级电容器电极材料时的倍率性能曲线，从图8中可以看出，在1A/g和50A/g的电流密度下，容量分别为192F/g和166F/g，体现了其优异的倍率性能。
应用例2
本应用例提供了一种超级电容器，该超级电容器以实施例5提供的多级孔碳材料作为电极材料，所述超级电容器的组装包括以下具体步骤：
1)按照8:1:1的质量比称取本发明实施例5所制备得到的多级孔碳材料、导电炭黑和聚四氟乙烯粘结剂，利用氮甲基吡咯烷酮作为分散剂，并搅拌使其均匀混合得到浆料；
2)将上述浆料均匀涂覆于直径为13mm的泡沫镍极片上，置于100℃烘箱中干燥12h，得到电极；
3)采用步骤2)得到的质量相同的两片电极极片组装扣式电容器，以6mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，玻璃纤维滤纸作为隔膜。
对所得超级电容器进行电化学性能测试，测试过程采用上海辰华CHI660D电化学工作站。
图13为本发明实施例5制备得到的多级孔碳材料用作电极材料时的倍率性能测试曲线，从图13中可以看出，在1A/g的电流密度下，该电极材料的电容值为200.5F/g，在100A/g的电容保持率为90％，说明该多级孔碳电极材料具有优异的倍率性能。
图14为本发明实施例5制备得到的多级孔碳材料用作电极材料时的恒流充放电曲线，从图14中可以看出，在1A/g的电流密度下，充电曲线和放电曲线呈现高度对称性，表明该电极材料的充放电可逆性强。
图15为本发明实施例5制备得到的多级孔碳材料用作电极材料时的循环性能曲线，从图15中可以看出，在10A/g的电流密度下循环充放电10000圈后的电容量保持率高达99％，说明其具有优异的循环稳定性。
对比应用例
对比应用例1
本对比应用例提供了一种超级电容器，该超级电容器以对比例1提供的碳材料作为电极材料，所述超级电容器的组装包括以下具体步骤：
1)按照8:1:1的质量比称取本发明对比例1所制备得到的碳材料、导电炭黑和聚四氟乙烯粘结剂，利用氮甲基吡咯烷酮作为分散剂，并搅拌使其均匀混合得到浆料；
2)将上述浆料均匀涂覆于直径为13mm的泡沫镍极片上，置于100℃烘箱中干燥12h，得到电极；
3)采用步骤2)得到的质量相同的两片电极极片组装扣式电容器，以6mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，玻璃纤维滤纸作为隔膜。
对所得超级电容器进行电化学性能测试，测试过程采用上海辰华CHI660D电化学工作站。
图18为本发明对比例1中制备得到的碳材料用作超级电容器电极材料时的循环伏安曲线，从图18中可以看出，在50mV/s的扫描速率下，该碳材料的循环伏安曲线的峰面积远低于实施例2中以废轮胎裂解油为原料制备的多级孔碳材料的循环伏安曲线的峰面积，且该电极材料的循环伏安曲线的矩形程度也低于实施例2制备得到的多级孔碳材料电极材料的矩形程度，表明对比例1中制备得到的该碳材料的电容特性远低于实施例2制备得到的多级孔碳电极材料的电容特性。
对比应用例2
本对比应用例提供了一种超级电容器，该超级电容器以对比例2提供的碳材料作为电极材料，所述超级电容器的组装包括以下具体步骤：
1)按照8:1:1的质量比称取本发明对比例2所制备得到的碳材料、导电炭黑和聚四氟乙烯粘结剂，利用氮甲基吡咯烷酮作为分散剂，并搅拌使其均匀混合得到浆料；
2)将上述浆料均匀涂覆于直径为13mm的泡沫镍极片上，置于100℃烘箱中干燥12h，得到电极；
3)采用步骤2)得到的质量相同的两片电极极片组装扣式电容器，以6mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，玻璃纤维滤纸作为隔膜。
对所得超级电容器进行电化学性能测试，测试过程采用上海辰华CHI660D电化学工作站。
图19为本发明对比例2中制备得到的碳材料用作超级电容器电极材料时的倍率性能曲线，从图19中可以看出，其在1A/g的电流密度下，电容量值为78.4F/g，在80A/g的电容保持率为61.2％，该碳材料作为电极材料时的容量和倍率性能均远低于实施例5中以废轮胎裂解油为碳源制备得到的多级孔碳材料用作超级电容器电极材料时的容量和倍率性能。
综上可见，以沥青为碳源制备的碳材料的电容特性远不及本发明实施例中以废轮胎裂解油为碳源制备的多级孔碳材料，这表明相对于本领域现有的常规碳源，如沥青等，废轮胎裂解油是制备高品质多级孔碳材料优异的碳源。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。
Claims (30)
1.一种高电容多级孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述高电容多级孔碳材料的制备方法包括：
(1)将具有规则微观形貌的多孔金属氧化物模板剂浸渍于废轮胎裂解油中，混合均匀得到前驱体混合物；
(2)于惰性气氛下，对所述前驱体混合物进行煅烧，得到模板剂与多级孔碳材料的混合物；
(3)采用酸洗的方式去除所述模板剂与多级孔碳材料的混合物中的模板剂，再将所得产物水洗至中性后干燥，得到所述高电容多级孔碳材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述废轮胎裂解油为重质馏分裂解油。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模板剂与废轮胎裂解油的质量比为0.1:1-20:1。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述模板剂与废轮胎裂解油的质量比为1:1-5:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔金属氧化物模板剂的比表面积为10-200m2/g，粒径分布为0.1-200μm，孔径分布为1-100nm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述多孔金属氧化物模板剂包括镁、锌、铁、锰、铜、镍、钴或铅的氧化物中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述多孔金属氧化物模板剂包括氧化镁、氧化锌、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化锰、二氧化锰或氧化铜中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求1，5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述多孔金属氧化物模板剂的形状为棒状、颗粒状、片状、圆柱状、块状、管状中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将具有规则微观形貌的多孔金属氧化物模板剂浸渍于废轮胎裂解油中，再对体系进行超声分散后得到前驱体混合物。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，超声分散时间为5-40min。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将具有规则微观形貌的多孔金属氧化物模板剂浸渍于废轮胎裂解油中，再对体系进行超声分散后得到前驱体混合物。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，超声分散时间为5-40min。
13.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为500-1200℃，压力为0.1-0.3MPa，时间为10-600min。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为700-900℃，压力为0.1-0.15MPa，时间为30-120min。
15.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，升温至煅烧温度的升温速率为2-20℃/min。
16.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为500-1200℃，压力为0.1-0.3MPa，时间为10-600min。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为700-900℃，压力为0.1-0.15MPa，时间为30-120min。
18.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，升温至煅烧温度的升温速率为2-20℃/min。
19.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气中的一种或几种的组合。
20.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛的气速为0.2-10L/min。
21.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气中的一种或几种的组合。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛的气速为0.2-10L/min。
23.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，酸洗所用酸洗溶液包括稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的一种或多种。
24.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，酸洗所用酸洗溶液包括稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的一种或多种。
25.权利要求1-24任一项所述高电容多级孔碳材料的制备方法制备得到的高电容多级孔碳材料。
26.根据权利要求25所述的高电容多级孔碳材料，其特征在于，以所述高电容多级孔碳材料的总重量为100％计，高电容多级孔碳材料中的氧含量为0.1-5wt％，硫含量为0.05-2wt％。
27.根据权利要求25或26所述的高电容多级孔碳材料，其特征在于，所述高电容多级孔碳材料的比表面积为1000-2000m2/g，孔体积为0.1-5cm3/g，孔径分布为0.5-60nm。
28.根据权利要求27所述的高电容多级孔碳材料，其特征在于，所述高电容多级孔碳材料的孔体积为2-5cm3/g。
29.权利要求25-28任一项所述高电容多级孔碳材料作为超级电容器所用电极材料的应用。
30.一种超级电容器，其特征在于，所述超级电容器的电极材料由权利要求25-28任一项所述高电容多级孔碳材料制成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010795221.8A CN112194112B (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 一种高电容多级孔碳材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010795221.8A CN112194112B (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 一种高电容多级孔碳材料及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112194112A CN112194112A (zh) | 2021-01-08 |
| CN112194112B true CN112194112B (zh) | 2022-03-15 |
Family
ID=74005542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010795221.8A Active CN112194112B (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 一种高电容多级孔碳材料及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112194112B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113035579B (zh) * | 2021-03-29 | 2022-04-12 | 华北电力大学 | 一种电容器电极的制备方法及电容器电极 |
| CN113213453B (zh) * | 2021-07-08 | 2021-09-28 | 长沙理工大学 | 一种基于废旧沥青的离子电池负极材料的制备方法 |
| CN113697807B (zh) * | 2021-07-23 | 2023-06-09 | 中国石油大学(北京) | 以氯化盐为模板剂制备电容炭并循环再生模板剂的方法 |
| CN113735095A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-12-03 | 深圳市德方纳米科技股份有限公司 | 一种多孔硬碳材料及其制备方法和应用 |
| CN113764195B (zh) * | 2021-09-08 | 2022-12-09 | 山东能源集团有限公司 | 一种锂离子电容器及其制备方法 |
| CN114180554A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-15 | 上海应用技术大学 | 一种片状六角空心碳材料的制备方法 |
| CN114212767A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-22 | 上海应用技术大学 | 用氧化镁为模板剂的二维片状六角空心碳材料的制备方法 |
| CN114773897B (zh) * | 2022-03-29 | 2023-06-30 | 江苏索普聚酯科技有限公司 | 一种超高电导率、高分散性的分级多孔碳水性浆料的规模化制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL125137A (en) * | 1998-06-29 | 2001-07-24 | Maavar Kb Recycling And Prodouction Of Carbon Ltd | Process for making activated carbon from municipal waste |
| CN101497439B (zh) * | 2009-03-06 | 2011-07-20 | 中南大学 | 一种制备活性炭的方法 |
| CN105129795A (zh) * | 2015-07-20 | 2015-12-09 | 农业部环境保护科研监测所 | 一种氮杂化且孔隙度可控的碳质吸附剂的制备方法 |
| CN110642247B (zh) * | 2019-09-30 | 2021-05-25 | 广东凯金新能源科技股份有限公司 | 一种人造石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池 |
-
2020
- 2020-08-10 CN CN202010795221.8A patent/CN112194112B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112194112A (zh) | 2021-01-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112194112B (zh) | 一种高电容多级孔碳材料及其制备方法与应用 | |
| WO2016184355A1 (zh) | 以煤炭为原料制备石墨烯的方法 | |
| CN110467182B (zh) | 一种基于反应模板的多级孔碳基材料及其制备方法和应用 | |
| CN112830472B (zh) | 一种多孔碳的制备方法及由其得到的多孔碳和应用 | |
| CN112794324B (zh) | 一种高介孔率木质素多级孔碳材料及其制备方法与应用 | |
| CN108711518B (zh) | 氮氧共掺杂多孔碳纳米带及其制备方法和应用 | |
| CN113135568A (zh) | 一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN113247887A (zh) | 多级孔石墨烯的制备方法、多级孔石墨烯的应用 | |
| CN109748282B (zh) | 一种低温制备纳米碳化硅的方法 | |
| CN113526504B (zh) | 一种中孔发达的活性炭及其制备方法 | |
| CN109301246B (zh) | 一种硫掺杂硬碳材料、其制备方法及其作为负极的钾离子电池 | |
| CN111153403B (zh) | 一种海藻酸盐基多孔炭及其制备方法和应用 | |
| CN111799098A (zh) | 一种多孔碳/金属氧化物复合材料及其制备方法和应用 | |
| Jia et al. | A simple synthetic route of N-doped mesoporous carbon derived from casein extracted with cobalt ions for high rate performance supercapacitors | |
| CN117623277A (zh) | 一种高倍率性能竹基硬炭负极材料的制备方法及其应用 | |
| CN113571681A (zh) | 一种空心二氧化钛/镍/碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| KR102255159B1 (ko) | 메조 다공성 탄소를 포함하는 리튬 이차전지용 금속 음극 및 이의 제조방법 | |
| Wu et al. | Hierarchical porous structure carbon nanosheets derived from sodium lignosulfonate for high-performance supercapacitors | |
| CN110482523B (zh) | 一种氮掺杂分级多孔碳材料及其超级电容器制备中的应用 | |
| US20230234851A1 (en) | Boron-sulfur-codoped porous carbon material and preparation method and use thereof | |
| CN109860571B (zh) | 锂硫电池正极材料及其制备方法和应用 | |
| CN116812969A (zh) | 用于锂离子电池负极的多级孔氧化铟纳米管的制备方法 | |
| CN115897067A (zh) | 锑基分级孔碳纤维负极材料及其制备方法和应用 | |
| CN115124020A (zh) | 一种具有分级孔的硼氮共掺杂碳材料及其制备方法与应用 | |
| KR101321523B1 (ko) | ＮａＯＨ의 화학적 활성화에 의한 커패시터 전극용 활성탄 및 이를 이용한 커패시터 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |