一種超級(jí)電容器用球形多孔碳的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用糖類高分子制備超級(jí)電容器用球形多孔碳的新方法。具體涉及一種糖溶液在高壓水熱下縮聚炭化、一定條件下活化制備高比電容量多孔碳的新方法。本發(fā)明包括具體步驟如下：首先將一定濃度的糖溶液在一定溫度壓力下進(jìn)行水熱反應(yīng)合成納米碳球，再將納米碳球與活化劑按一定質(zhì)量比混合，進(jìn)行活化處理，制備超級(jí)電容器用球形多孔碳。
【專利說(shuō)明】一種超級(jí)電容器用球形多孔碳的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器用球形多孔碳的制備方法，具體涉及一種將高分子糖類在高壓下通過(guò)水熱反應(yīng)合成納米碳球，將其在一定條件下活化處理，制備具有高比表面積和高比電容量多孔碳球的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油、天然氣和煤等不可再生能源的不斷消耗殆盡，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展受其影響越來(lái)越大，我國(guó)屬于石油資源相對(duì)匱乏國(guó)家，國(guó)際石油價(jià)格的不斷攀升，將對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和石油安全帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此清潔能源的研究和開(kāi)發(fā)對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的作用。與此同時(shí)越來(lái)越多的能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)入到人們的生活中，實(shí)際上能量可以以多種形式存儲(chǔ)。比如利用水壩這種系統(tǒng)可以將能量以勢(shì)能的形式存儲(chǔ)，能量還可以以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)在燃料中。但是，高倍率電能的快速釋放并不是一般的電源可以做到的，如鉛酸蓄電池即使在最好的狀態(tài)下也不能以IOC的高倍率電流重復(fù)放電，而鏗電池在IOC的高倍率下重復(fù)放電的壽命相對(duì)IC的中低倍率放電是很非常短的。為實(shí)現(xiàn)快速充放電這一目的，近年來(lái)人們逐漸將目光轉(zhuǎn)移到超級(jí)電容器的研究上。
[0003]超級(jí)電容器具備:成本低廉、材料豐富、充放電壽命長(zhǎng)及安全性能高等特點(diǎn)，受到社會(huì)和全世界科研工作者的廣泛關(guān)注。制備超級(jí)電容器電極的材料主要有金屬氧化物、碳基材料、復(fù)合電極材料和導(dǎo)電聚合物。而這些材料中碳基材料被關(guān)注的更多，并且技術(shù)也最為成熟。用于制備碳 基超級(jí)電容器碳材料主要有纖維碳、粉末碳、石墨烯、碳納米管等。與粉狀多孔碳材料相比，球形碳材料具有更高的堆積密度，其在電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生的電阻更小，因此適合用于超級(jí)電容器的電極材料。同時(shí)多孔碳球具有比表面積大、孔徑可調(diào)、原料豐富、電化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)而成為商業(yè)化超級(jí)電容器的首選電極材料。專利CN102101668A公開(kāi)了一種以低階煤為原料制備高比電容量超級(jí)電容器用活性炭的方法。專利CN102838115A公開(kāi)了一種以石油焦為原料制備超級(jí)電容器用高比表面積活性炭的方法。專利CN102360960A公開(kāi)了一種含有活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘合劑及陽(yáng)離子表面活性劑的超級(jí)電容器用電極材料的生產(chǎn)方法。專利CN102214514A公開(kāi)了一種以煤、石油、木材、果殼等原料為碳源生產(chǎn)超級(jí)電容器用高比電容活性炭電極材料的方法。以上專利中制備的碳材料并非球形，其在電容器應(yīng)用中電阻略大于球形多孔碳，因此制備一種球形多孔碳材料將有利于超級(jí)電容器行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。
[0004]本專利是以高分子糖類為原料，將其在高壓下水熱反應(yīng)合成納米碳球，再將與活化劑混合、在一定條件下活化處理，制備具有高比表面積和高比電容量球形多孔碳的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提供一種利用糖類高分子制備超級(jí)電容器用球形多孔碳的新方法。
[0006]本發(fā)明首先將濃度為0.5~2.0mol/L的糖溶液在130~200°C溫度下進(jìn)行水熱反應(yīng)4~8小時(shí)，固體過(guò)濾，洗滌、干燥，制得球形碳材料；將球形碳500°C熱處理后與活化劑按質(zhì)量比1: 3~5 (Kg/Kg)混合，將其在400°C下反應(yīng)0.5小時(shí)，700~800°C下活化反應(yīng)I小時(shí)，固體過(guò)濾、洗滌、干燥，最終將得到的球形碳材料進(jìn)行粒徑、比表面積和比電容的測(cè)試。
[0007]本發(fā)明的特征在于:所述生產(chǎn)超級(jí)電容器用球形多孔碳的糖類為葡萄糖、木糖和果糖。
[0008]本發(fā)明的特征在于:所述活化劑為氫氧化鉀和氫氧化鈉。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例1:將濃度為2.0mol/L的葡萄糖溶液，在200°C溫度下水熱反應(yīng)8小時(shí)，固體過(guò)濾，洗滌、干燥，制得球形碳材料；將球形碳500°C熱處理后與KOH按質(zhì)量比1: 5 (Kg/Kg)混合，將其在400°C下反應(yīng)0.5小時(shí)，800°C下活化反應(yīng)I小時(shí)，固體過(guò)濾、洗滌、干燥，制備出粒徑為783nm，比表面積為3318m2/g，比電容量為273F/g的超級(jí)電容器用球形多孔碳。
[0010]實(shí)施例2:改變水熱碳與活化劑用量比為1: 4，其他條件同實(shí)施例1，制備出比表面積為2835m2/g，比電容量為247F/g的球形多孔碳。
[0011]實(shí)施例3:改變水熱碳與活化劑用量比為1: 3，其他條件同實(shí)施例1，制備出比表面積為2471m2/g，比電容 量為218F/g的球形多孔碳。
[0012]實(shí)施例4:改變活化溫度為700°C下活化反應(yīng)I小時(shí)，其他條件同實(shí)施例1，制備出比表面積為2673m2/g，比電容量為236F/g的球形多孔碳。
[0013]實(shí)施例5:改變葡萄糖濃度為0.5mol/L，其他條件同實(shí)施例1，制備出粒徑為413nm,比表面積為3187m2/g，比電容量為259F/g的球形多孔碳。
[0014]實(shí)施例6:改變水熱反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)溫度為160°C，其他條件同實(shí)施例1，制備出粒徑為324nm，比表面積為3206m2/g，比電容量為261F/g的球形多孔碳。
[0015]實(shí)施例1:改變活化劑為氫氧化鈉，球形碳與NaOH按質(zhì)量比1: 3Kg/Kg)混合，將其在400°C下反應(yīng)0.5小時(shí)，700°C下活化反應(yīng)I小時(shí)，其他條件同實(shí)施例1，制備比表面積為2643m2/g，比電容量為216F/g的球形多孔碳。
[0016]實(shí)施例8:改變?cè)蠟?.0mol/L的果糖溶液，在160°C溫度下水熱反應(yīng)6小時(shí)，其他條件同實(shí)施例1，制備出粒徑為593nm，比表面積為3216m2/g，比電容量為250F/g的球形多孔碳。
[0017]實(shí)施例9:改變 原料為1.5mol/L的木糖溶液，在140°C溫度下水熱反應(yīng)6小時(shí)，其他條件同實(shí)施例1，制備出粒徑為516nm，比表面積為3189m2/g，比電容量為243F/g的球形多孔碳。
【權(quán)利要求】
1.一種超級(jí)電容器用球形多孔碳的制備方法，其具體步驟如下: 首先將濃度為0.5~2.0mol/L的糖溶液在130~200°C溫度下進(jìn)行水熱反應(yīng)4~8小時(shí)，固體過(guò)濾，洗滌、干燥，制得球形碳材料；將球形碳在500°C熱處理后與活化劑按質(zhì)量比1: 3~5(Kg/Kg)混合，將其在400°C下反應(yīng)0.5小時(shí)，700~800°C下活化反應(yīng)I小時(shí)，固體過(guò)濾、洗滌、干燥，最終將得到的球形碳多孔碳進(jìn)行粒徑、比表面積和比電容的測(cè)試。
2.一種如權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器用球形多孔碳的制備方法，其特征在于:所述生產(chǎn)超級(jí)電容器用球形多孔碳的糖類為葡萄糖、木糖和果糖。
3.—種如權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器用球形多孔碳的制備方法，其特征在于:所述活化劑為氫氧化鉀和氫氧化鈉。
【文檔編號(hào)】C01B31/12GK103601185SQ201310655767
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】王麗麗 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)