專利名稱：制作超級電容器電極的活性炭制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于制備一種特殊用途活性炭的方法。利用此方法制取的活性炭，可用于制作超級電容器的電極。
超級電容器既具有普通電容器的高比功率和高循環(huán)性特點，又具有電池的貯能特點，因此，它既能滿足高比功率的使用要求，又能滿足較高比能量的使用要求。由于它比電池有著耐高溫、半永久充放電循環(huán)性能和免維護的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于IC集成電路、超大規(guī)模集成電路和計算機存貯備份電源，以及其他高負荷的備用電源。特別是高比能量的超級電容器可以獨立、或與高比能量的二次電池(如鋰離子電池)組合作為電動汽車的電源系統(tǒng)，將具有十分廣泛的應(yīng)用前景。
超級電容器的貯能是基于電極充電下形成的電雙層。因此要求電極的材料應(yīng)當(dāng)具有很高的比表面積和適當(dāng)大的密度。常用的活性炭BET的比表面積小于1000m2／g，用于制作電容器的電極，其重量比電容大約60F／g，體積比電容僅為40F／cm2，遠遠不能滿足超級電容器電極性能要求。
本發(fā)明的目的，在于提供一種制作超級電容器電極的活性炭制備方法。依此方法所制備的活性炭制作電容器的電極，重量比電容可達250F／g以上，體積比電容可達174F／cm3以上。
為達到上述目的，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的。以樹脂為原料，主要經(jīng)過焦化、碳化、活化處理以及包括水洗、烘干、粉碎等后處理得到的活性炭，其特征在于，所采用的樹脂為酚醛樹脂，在150～300℃下進行焦化處理3～5小時，焦化物在400～700℃下進行炭化處理，得到碳材料，以二氧化碳，或水蒸汽，或氫氧化鉀溶液，或氯化鋅溶液，或氫氧化鈉溶液為活性劑，在450～900℃進行活化處理。
上述的最佳焦化處理為溫度180～220℃。
上述的最佳炭化處理溫度為500～600℃。
上述的最佳活化處理溫度為600～700℃。
上述的最佳活化處理劑為氫氧化鈉溶液。
下面對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明采用酚醛樹脂為原料，同以煤或稻殼為原料制取活性炭相比，所獲得的活性炭其綜合物理特性較高。其中比表面積稍低稻殼的活性炭，而比重、體積比電容、重量比電容都均高于其他活性炭。因此本發(fā)明選定酚醛樹脂為原材料，確立了本發(fā)明具有三性的關(guān)鍵一步。在本發(fā)明的工藝過程，其中活化處理溫度是關(guān)鍵技術(shù)之一。活化處理，提高活化溫度可增大比表面積，但其比重將會下降，因此控制一個最佳活化處理溫度，可保證活性炭有著較高的綜合物理特性，本發(fā)明的最佳活化處理溫度為600～700℃。
下面再以實施例對本發(fā)明加以進一步說明。從例一可見不同活化溫度對活性炭物理特性的影響；從例二可見采用不同原材料，所制取活性炭物理特性的區(qū)別；從例三可見用不同活化處理劑進行活化處理時，活性炭的物理特性的不同。
例一先將酚醛樹脂加熱180℃，保溫4小時，焦化處理。焦化的樹脂經(jīng)粉碎，在400～700℃下加熱1小時炭化處理，得到碳材料。將碳材料與氫氧化鈉活化劑混合，氮氣保護，熱處理溫度分為450℃、500℃、550℃、600℃、700℃、800℃、900℃，升溫速度為20℃／h，保溫30分鐘，得到不同活性炭。這些活性炭再用熱水水洗、烘干和粉碎，得到活性炭。這些活性炭的物理特性如表1所示。以這種活性炭為材料制備成電容器，用30％KOH為電解液，充、放電電壓范圍在0．05～1．0伏，充、放電電流為30mA／cm2。
表1不同活化溫度下制備的活性炭材料的物理特性比較
例二將煤、稻殼和樹脂分別按例一同樣的方法預(yù)氧化或焦化。再經(jīng)粉碎，按例一炭化處理方法，得到各自碳材料。按例一同樣方法將碳材料與氫氧化鈉活化劑混合，在氮氣保護下，550℃保溫，30分鐘熱處理得到活性炭。這些活性炭再用熱水水洗、烘干和粉碎，得到適用的活性炭。這些活性炭的物理特性如表2所示?；钚蕴坎牧系碾娙莅蠢坏臏y量方法測得。
表2不同原料制備的活性炭材料的物理特性比較
例三將樹脂按例一方法焦化、粉碎、炭化處理，得到碳材料。碳材料采用不同活化劑水蒸汽、二氧化碳、氫氧化鈉和氫氧化鉀，在氮氣保護下，600℃保溫30分鐘熱處理，得到活性炭。這些活性炭按例一同樣方法，再用熱水水洗、烘干和粉碎，得到適用的活性炭。這些活性炭的物理特性如表3所示?；钚蕴坎牧系碾娙莅蠢煌瑯訙y量方法測得。
表3不同活化劑處理所制備的活性炭材料的物理特性比較
本發(fā)明所制取的活性炭比表面積可達2000m2／g以上，比重可達0．72g／cm3以上。用上述特性的活性炭制作超級電容器電極，其重量比電容達250F／g以上，體積比電容達174F／cm3以上。
權(quán)利要求
1.一種制作超級電容器電極的活性炭制備方法，它是以樹脂為原料，主要經(jīng)過焦化、碳化、活化處理以及包括水洗、烘干、粉碎等后處理得到的活性炭，其特征在于，所采用的樹脂為酚醛樹脂，在150～300℃下進行焦化處理3～5小時，焦化物在400～700℃下進行炭化處理，得到碳材料，以二氧化碳，或水蒸汽，或氫氧化鉀溶液，或氯化鋅溶液，或氫氧化鈉溶液為活性劑，在450～900℃進行活化處理。
2.按權(quán)利要求1所說的制作超級電容器電極的活性炭制備方法，其特征在于最佳焦化處理為溫度180～220℃。
3.按權(quán)利要求1所說的制作超級電容器電極的活性炭制備方法，其特征在于最佳炭化處理溫度為500～600℃。
4.按權(quán)利要求1所說的制作超級電容器電極的活性炭制備方法，其特征在于最佳活化處理溫度為600～700℃。
5.按權(quán)利要求1所說的制作超級電容器電極的活性炭制備方法，其特征在于最佳活化處理劑為氫氧化鈉溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作超級電容器電極的活性炭制備方法。該方法是以酚醛樹脂為原料,主要經(jīng)過焦化、炭化、活化處理后,再經(jīng)包括水洗、烘干等過程后處理,便可得到所需活性炭。本發(fā)明技術(shù)要點在于,焦化、炭化、活化處理的溫度及采用的活化劑。本發(fā)明制備的活性炭比表面積達2000m
文檔編號C01B31/08GK1291587SQ0011896
公開日2001年4月18日 申請日期2000年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月5日
發(fā)明者唐致遠, 莊新國, 楊冬平, 郭鶴桐 申請人:天津大學(xué)