一種用于超級電容器的高比表面積活性炭及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超級電容器電極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種用于超級電容器的高比表面積活性炭及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器又叫電化學(xué)電容器，是在雙電層理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種儲能裝置。超級電容器相對于二次電池具有功率密度高、循環(huán)壽命長、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，在電動汽車動力電源和移動設(shè)備電源等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]活性炭具有高的比表面積、低廉的成本、以及高的化學(xué)穩(wěn)定性，成為目前超級電容器最廣泛使用的一種電極材料。目前以活性炭作為電極材料的超級電容器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化，并在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前采用的活性炭需要采用氫氧化鉀、氯化鋅等化學(xué)活化劑進(jìn)行活化，程序復(fù)雜、成本較高。此外，目前采用化學(xué)活化制備的活性炭以微孔為主，具有較大的電荷傳遞電阻，因而不利于在大電流下使用。
[0004]Bin Xu等人采用杏殼做碳源，氫氧化鈉做化學(xué)活化劑，經(jīng)過先熱解后化學(xué)活化的方法制備了高比表面積活性炭。這種活性炭具有較高的比電容值，在50mA g1電流密度下比電容值為 348F g 1 (Materials Chemistry and Physicsl24 (2010) 504 - 509)。Rufford等人以咖啡渣做原料，ZnCl2做化學(xué)活化劑制備的活性炭比表面積達(dá)到1019m2gg 1電流密度下比電容值達(dá)到 368F g 1 (Electrochemistry Communi cati ons 10 (2008) 1594 - 1597)。
[0005]以上方法制備的活性炭均需要采用氫氧化鉀、氯化鋅等作化學(xué)活化劑，有時還需要先對碳源進(jìn)行熱解然后再進(jìn)行化學(xué)活化，制備方法比較復(fù)雜且環(huán)境污染較大。而且采用這種化學(xué)活化方法制備的活性炭均為微孔碳，不利于提高電極在大電流下的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于一步法制備高比表面積活性炭，通過直接炭化乙二胺四乙酸二鈉得到高比表面積活性炭。這種活性炭作為超級電容器電極材料，具有優(yōu)異的電容性能。
[0007]本發(fā)明提供了一種用于超級電容器的高比表面積活性炭，其特征為:所述的用于超級電容器的高比表面積活性炭，是以乙二胺四乙酸二鈉自身做化學(xué)活化劑和碳源。
[0008]一種用于超級電容器的高比表面積活性炭的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0009](1)取一定量的乙二胺四乙酸二鈉，在惰性氣氛下高溫炭化活化；
[0010](2)將炭化產(chǎn)物用酸溶液酸洗，然后用去離子水洗滌至中性，即得到高比表面積活性炭。
[0011]在步驟(1)，炭化活化溫度為400-1500°C。
[0012]在步驟(1)中,所述的惰性氣氛為氮?dú)饣蛘邭鍤狻?br>[0013]在步驟(2)中酸溶液為鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或多種。
[0014]本發(fā)明以乙二胺四乙酸二鈉自身為碳源和化學(xué)活化劑。乙二胺四乙酸二鈉中的鈉在高溫下起到了化學(xué)活化的作用，酸根部分作為碳源的一部分，在高溫下裂解成炭材料和揮發(fā)性氣體。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):制備的活性炭比表面積高、介孔比例高，適合作為超級電容器電極材料使用。和氫氧化鉀化學(xué)活化法相比，本發(fā)明所涉及的高比表面積活性炭制備方法具有工藝簡單、環(huán)境友好和易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。具有制備方法簡單、比表面積高的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的活性炭的氮?dú)馕摳降葴鼐€；
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的活性炭電極的循環(huán)伏安曲線；
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的活性炭的氮?dú)馕摳降葴鼐€；
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的活性炭電極的循環(huán)伏安曲線；
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3制備的活性炭的氮?dú)馕摳降葴鼐€；
[0021]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3制備的活性炭的透射電鏡圖片；
[0022]圖7為本發(fā)明實(shí)施例3制備的活性炭電極的循環(huán)伏安曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面的實(shí)施例將對本發(fā)明予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0024]實(shí)施例1
[0025]一種用于超級電容器的高比表面積活性炭，其特征為:所述的用于超級電容器的高比表面積活性炭，是以乙二胺四乙酸二鈉自身做化學(xué)活化劑和碳源。取5g乙二胺四乙酸二鈉在氮?dú)鈿夥障?00°C炭化活化2h。得到炭化后產(chǎn)物用鹽酸溶液酸洗，然后用去離子水洗滌至中性，在烘箱內(nèi)60°C下干燥24h，得到活性炭。物理吸附測試表明該活性炭比表面積為425m2g \吸脫附等溫線如圖1所示，說明制備得到的碳材料為微孔活性炭。將上述分級多孔碳按活性物質(zhì):導(dǎo)電劑:粘結(jié)劑=85:10:5的比例進(jìn)行混合制備成電極片，在6MΚ0Η電解液中進(jìn)行三電極循環(huán)伏安測試，結(jié)果如圖2所示，在2mV/s的掃描速率下比電容為229F/g。
[0026]實(shí)施例2
[0027]—種用于超級電容器的高比表面積活性炭，其特征為:所述的用于超級電容器的高比表面積活性炭，是以乙二胺四乙酸二鈉自身做化學(xué)活化劑和碳源。取6g乙二胺四乙酸二鈉在氮?dú)鈿夥障?00°C炭化活化2h。得到炭化后產(chǎn)物用鹽酸溶液酸洗，然后用去離子水洗滌至中性，在烘箱內(nèi)60°C下干燥24h，得到活性炭。物理吸附結(jié)果顯示該碳材料比表面積為lllWg1，結(jié)果如圖3所示。將上述碳材料按活性物質(zhì):導(dǎo)電劑:粘結(jié)劑=85:10:5的比例進(jìn)行混合制備成電極片，在6M Κ0Η電解液中進(jìn)行循環(huán)伏安測試，結(jié)果如圖4所示，在100mV/s掃速下仍然保持了矩形結(jié)構(gòu)，比電容達(dá)到218F/g。
[0028]實(shí)施例3
[0029]一種用于超級電容器的高比表面積活性炭，其特征為:所述的用于超級電容器的高比表面積活性炭，是以乙二胺四乙酸二鈉自身做化學(xué)活化劑和碳源。取8g乙二胺四乙酸二鈉在氮?dú)鈿夥障?00°C炭化活化2h。得到炭化后產(chǎn)物用鹽酸溶液酸洗，然后用去離子水洗滌至中性，在烘箱內(nèi)60°C下干燥24h，得到活性炭。物理吸附結(jié)果顯示該活性炭有回滯環(huán)，為介孔材料，比表面積高達(dá)2099m2g \結(jié)果如圖5所示。透射電鏡觀察結(jié)果顯示該碳材料中含有大量納米籠狀結(jié)構(gòu)，如圖6所示。將上述碳材料按活性物質(zhì):導(dǎo)電劑:粘結(jié)劑=85:10:5的比例進(jìn)行混合制備成電極片，在6M KOH電解液中進(jìn)行循環(huán)伏安測試，結(jié)果如圖7所示，在1000mV s 1掃速下仍然保持了矩形結(jié)構(gòu)，比電容達(dá)到172F g、
【主權(quán)項】
1.一種用于超級電容器的高比表面積活性炭，其特征為:所述的用于超級電容器的高比表面積活性炭，是以乙二胺四乙酸二鈉自身做化學(xué)活化劑和碳源。2.—種如權(quán)利要求1所述的用于超級電容器的高比表面積活性炭的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)取一定量的乙二胺四乙酸二鈉，在惰性氣氛下高溫炭化活化； (2)將炭化產(chǎn)物用酸溶液酸洗，然后用去離子水洗滌至中性，即得到高比表面積活性炭。3.按照權(quán)利要求2所述的用于超級電容器的高比表面積活性炭的制備方法，其特征在于:在步驟(1)，炭化活化溫度為400-1500°C。4.按照權(quán)利要求2所述的用于超級電容器的高比表面積活性炭的制備方法，其特征在于:在步驟(1)中，所述的惰性氣氛為氮?dú)饣蛘邭鍤狻?.按照權(quán)利要求2所述的用于超級電容器的高比表面積活性炭的制備方法，其特征在于:在步驟(2)中酸溶液為鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或多種。
【專利摘要】一種用于超級電容器的高比表面積活性炭，其特征為：所述的用于超級電容器的高比表面積活性炭，是以乙二胺四乙酸二鈉自身做化學(xué)活化劑和碳源。一種用于超級電容器的高比表面積活性炭的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：(1)取一定量的乙二胺四乙酸二鈉，在惰性氣氛下高溫炭化活化；(2)將炭化產(chǎn)物用酸溶液酸洗，然后用去離子水洗滌至中性，即得到高比表面積活性炭。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：制備的活性炭比表面積高、介孔比例高，適合作為超級電容器電極材料使用。和氫氧化鉀化學(xué)活化法相比，本發(fā)明所涉及的高比表面積活性炭制備方法具有工藝簡單、環(huán)境友好和易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。
【IPC分類】C01B31/12
【公開號】CN105347341
【申請?zhí)枴緾N201410412645
【發(fā)明人】閻景旺, 姜靚, 高兆輝, 李然
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2014年8月21日