一种用于超级电容器的高比表面积活性炭及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，特别涉及了一种用于超级电容器的高比表面积活性炭及制备方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器又叫电化学电容器，是在双电层理论基础上发展起来的一种储能装置。超级电容器相对于二次电池具有功率密度高、循环寿命长、清洁无污染等优点，在电动汽车动力电源和移动设备电源等领域有着广泛的应用前景。
[0003]活性炭具有高的比表面积、低廉的成本、以及高的化学稳定性，成为目前超级电容器最广泛使用的一种电极材料。目前以活性炭作为电极材料的超级电容器已经实现商品化，并在诸多领域得到了广泛的应用。目前采用的活性炭需要采用氢氧化钾、氯化锌等化学活化剂进行活化，程序复杂、成本较高。此外，目前采用化学活化制备的活性炭以微孔为主，具有较大的电荷传递电阻，因而不利于在大电流下使用。
[0004]Bin Xu等人采用杏壳做碳源，氢氧化钠做化学活化剂，经过先热解后化学活化的方法制备了高比表面积活性炭。这种活性炭具有较高的比电容值，在50mA g1电流密度下比电容值为 348F g 1 (Materials Chemistry and Physicsl24 (2010) 504 - 509)。Rufford等人以咖啡渣做原料，ZnCl2做化学活化剂制备的活性炭比表面积达到1019m2gg 1电流密度下比电容值达到 368F g 1 (Electrochemistry Communi cati ons 10 (2008) 1594 - 1597)。
[0005]以上方法制备的活性炭均需要采用氢氧化钾、氯化锌等作化学活化剂，有时还需要先对碳源进行热解然后再进行化学活化，制备方法比较复杂且环境污染较大。而且采用这种化学活化方法制备的活性炭均为微孔碳，不利于提高电极在大电流下的性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于一步法制备高比表面积活性炭，通过直接炭化乙二胺四乙酸二钠得到高比表面积活性炭。这种活性炭作为超级电容器电极材料，具有优异的电容性能。
[0007]本发明提供了一种用于超级电容器的高比表面积活性炭，其特征为:所述的用于超级电容器的高比表面积活性炭，是以乙二胺四乙酸二钠自身做化学活化剂和碳源。
[0008]一种用于超级电容器的高比表面积活性炭的制备方法，其特征在于:包括如下步骤:
[0009](1)取一定量的乙二胺四乙酸二钠，在惰性气氛下高温炭化活化；
[0010](2)将炭化产物用酸溶液酸洗，然后用去离子水洗涤至中性，即得到高比表面积活性炭。
[0011]在步骤(1)，炭化活化温度为400-1500°C。
[0012]在步骤(1)中,所述的惰性气氛为氮气或者氩气。
[0013]在步骤(2)中酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种。
[0014]本发明以乙二胺四乙酸二钠自身为碳源和化学活化剂。乙二胺四乙酸二钠中的钠在高温下起到了化学活化的作用，酸根部分作为碳源的一部分，在高温下裂解成炭材料和挥发性气体。
[0015]本发明的优点:制备的活性炭比表面积高、介孔比例高，适合作为超级电容器电极材料使用。和氢氧化钾化学活化法相比，本发明所涉及的高比表面积活性炭制备方法具有工艺简单、环境友好和易于实现工业化生产等特点。具有制备方法简单、比表面积高的特点。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1制备的活性炭的氮气吸脱附等温线；
[0017]图2为本发明实施例1制备的活性炭电极的循环伏安曲线；
[0018]图3为本发明实施例2制备的活性炭的氮气吸脱附等温线；
[0019]图4为本发明实施例2制备的活性炭电极的循环伏安曲线；
[0020]图5为本发明实施例3制备的活性炭的氮气吸脱附等温线；
[0021]图6为本发明实施例3制备的活性炭的透射电镜图片；
[0022]图7为本发明实施例3制备的活性炭电极的循环伏安曲线。
【具体实施方式】
[0023]下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
[0024]实施例1
[0025]一种用于超级电容器的高比表面积活性炭，其特征为:所述的用于超级电容器的高比表面积活性炭，是以乙二胺四乙酸二钠自身做化学活化剂和碳源。取5g乙二胺四乙酸二钠在氮气气氛下600°C炭化活化2h。得到炭化后产物用盐酸溶液酸洗，然后用去离子水洗涤至中性，在烘箱内60°C下干燥24h，得到活性炭。物理吸附测试表明该活性炭比表面积为425m2g \吸脱附等温线如图1所示，说明制备得到的碳材料为微孔活性炭。将上述分级多孔碳按活性物质:导电剂:粘结剂=85:10:5的比例进行混合制备成电极片，在6MΚ0Η电解液中进行三电极循环伏安测试，结果如图2所示，在2mV/s的扫描速率下比电容为229F/g。
[0026]实施例2
[0027]—种用于超级电容器的高比表面积活性炭，其特征为:所述的用于超级电容器的高比表面积活性炭，是以乙二胺四乙酸二钠自身做化学活化剂和碳源。取6g乙二胺四乙酸二钠在氮气气氛下700°C炭化活化2h。得到炭化后产物用盐酸溶液酸洗，然后用去离子水洗涤至中性，在烘箱内60°C下干燥24h，得到活性炭。物理吸附结果显示该碳材料比表面积为lllWg1，结果如图3所示。将上述碳材料按活性物质:导电剂:粘结剂=85:10:5的比例进行混合制备成电极片，在6M Κ0Η电解液中进行循环伏安测试，结果如图4所示，在100mV/s扫速下仍然保持了矩形结构，比电容达到218F/g。
[0028]实施例3
[0029]一种用于超级电容器的高比表面积活性炭，其特征为:所述的用于超级电容器的高比表面积活性炭，是以乙二胺四乙酸二钠自身做化学活化剂和碳源。取8g乙二胺四乙酸二钠在氮气气氛下800°C炭化活化2h。得到炭化后产物用盐酸溶液酸洗，然后用去离子水洗涤至中性，在烘箱内60°C下干燥24h，得到活性炭。物理吸附结果显示该活性炭有回滞环，为介孔材料，比表面积高达2099m2g \结果如图5所示。透射电镜观察结果显示该碳材料中含有大量纳米笼状结构，如图6所示。将上述碳材料按活性物质:导电剂:粘结剂=85:10:5的比例进行混合制备成电极片，在6M KOH电解液中进行循环伏安测试，结果如图7所示，在1000mV s 1扫速下仍然保持了矩形结构，比电容达到172F g、
【主权项】
1.一种用于超级电容器的高比表面积活性炭，其特征为:所述的用于超级电容器的高比表面积活性炭，是以乙二胺四乙酸二钠自身做化学活化剂和碳源。2.—种如权利要求1所述的用于超级电容器的高比表面积活性炭的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)取一定量的乙二胺四乙酸二钠，在惰性气氛下高温炭化活化； (2)将炭化产物用酸溶液酸洗，然后用去离子水洗涤至中性，即得到高比表面积活性炭。3.按照权利要求2所述的用于超级电容器的高比表面积活性炭的制备方法，其特征在于:在步骤(1)，炭化活化温度为400-1500°C。4.按照权利要求2所述的用于超级电容器的高比表面积活性炭的制备方法，其特征在于:在步骤(1)中，所述的惰性气氛为氮气或者氩气。5.按照权利要求2所述的用于超级电容器的高比表面积活性炭的制备方法，其特征在于:在步骤(2)中酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种。
【专利摘要】一种用于超级电容器的高比表面积活性炭，其特征为：所述的用于超级电容器的高比表面积活性炭，是以乙二胺四乙酸二钠自身做化学活化剂和碳源。一种用于超级电容器的高比表面积活性炭的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)取一定量的乙二胺四乙酸二钠，在惰性气氛下高温炭化活化；(2)将炭化产物用酸溶液酸洗，然后用去离子水洗涤至中性，即得到高比表面积活性炭。本发明的优点：制备的活性炭比表面积高、介孔比例高，适合作为超级电容器电极材料使用。和氢氧化钾化学活化法相比，本发明所涉及的高比表面积活性炭制备方法具有工艺简单、环境友好和易于实现工业化生产等特点。
【IPC分类】C01B31/12
【公开号】CN105347341
【申请号】CN201410412645
【发明人】阎景旺, 姜靓, 高兆辉, 李然
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2014年8月21日