一種以姑娘果宿存萼制備超級(jí)電容器電極用活性炭材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器電極用活性炭材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器是一種介于普通電容器和化學(xué)電池之間的一種新型的快速儲(chǔ)能裝置，被廣泛認(rèn)為是一種實(shí)用型的低碳儲(chǔ)能裝置。超級(jí)電容器充放電速度極快，其功率密度高出普通化學(xué)電池兩個(gè)數(shù)量級(jí)，而且能量密度是傳統(tǒng)電容器的幾百倍，很好地彌補(bǔ)了現(xiàn)有電池功率低、大電流充放電性能差和傳統(tǒng)電容器能量密度小的缺點(diǎn)。而且，隨著人類對(duì)能源的需求日益增加，環(huán)境問(wèn)題的日益突出，尋找低碳環(huán)保的替代能源，開(kāi)發(fā)清潔高效的儲(chǔ)能設(shè)備被世界各國(guó)廣泛關(guān)注。在應(yīng)對(duì)能源危機(jī)、解決環(huán)境問(wèn)題的需求下，超級(jí)電容器吸引了大量研究者的目光，被認(rèn)為在航天、電力、軌道交通、智能儀表、消費(fèi)型電子、國(guó)防、通信、新能源汽車等眾多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。
[0003]盡管超級(jí)電容器具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，但與二次電池相比，商業(yè)化的超級(jí)電容器儲(chǔ)能密度較低、電容性能較差，制造成本偏高，這在一定程度上制約了超級(jí)電容器的發(fā)展。所以，提高超級(jí)電容器的電容性能和能量密度，降低其生產(chǎn)成本成為了當(dāng)今的主要研究方向?；钚蕴?，是研究最早、最成熟的電極材料，也是制造成本極低，比較面積較大、性能較好的電極材料。以生物質(zhì)為原料制備的活性炭材料，就是一種低成本、結(jié)構(gòu)可控、電容性能較好的一種超級(jí)電容器電極材料。
[0004]姑娘果宿存萼是一種罐頭、果醬等食品或者中藥生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物，現(xiàn)在的處理方式是當(dāng)作生產(chǎn)垃圾處理，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境，到目前為止，尚未有報(bào)道采用姑娘果宿存萼為原料制備超級(jí)電容器用的活性碳材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有超級(jí)電容器電極用活性炭材料生產(chǎn)成本高以及現(xiàn)有超級(jí)電容器能量密度低的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明以姑娘果宿存萼制備超級(jí)電容器電極用活性炭材料的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0007]步驟一:清洗姑娘果宿存萼并烘干;所述烘干溫度為60°C?100°C，烘干時(shí)間為3h?24h;
[0008]步驟二:去除姑娘果宿存萼與菇娘果連接處的莖；
[0009]步驟三:將步驟二處理后的姑娘果宿存萼放入活化劑水溶液中浸泡不小于6h;
[0010]所述活化劑水溶液的濃度為0.0lmol/L?20mol/L;所述活化劑為堿性活化劑、酸性活化劑或中性活化劑;所述的堿性活化劑為氫氧化鉀、碳酸鉀、氫氧化鈉、碳酸鈉中的一種或者兩種以上以任意比例混合的混合物;所述的酸性活化劑為磷酸、磷酸氫氨、磷酸二氫氨中的一種或者兩種以上以任意比例混合的混合物;所述的中性活化劑為氯化鋅，氯化鎂、氯化鋁中的一種或者兩種以上以任意比例混合的混合物；
[0011]步驟四:將步驟三中浸泡后的姑娘果宿存萼瀝干；
[0012]步驟五:將步驟四中得到的瀝干的姑娘果宿存萼置于管式爐中進(jìn)行炭化和活化，所述的炭化和活化過(guò)程中為:在惰性氣體保護(hù)氣氛中或真空條件下，以l°C/min?10°C/min的升溫速率升溫至600°C?900°C，并恒溫2h?4h小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，即得到初級(jí)活化產(chǎn)物;所述的惰性氣體為氬氣、氖氣或氮?dú)猓?br>[0013]步驟六:將步驟五中得到的初級(jí)活化產(chǎn)物浸泡在酸性溶液中進(jìn)行酸洗并攪拌，然后將含有初級(jí)活化產(chǎn)物和酸性溶液的混合液抽濾，然后對(duì)抽濾得到的濾餅進(jìn)行水洗至洗出液為中性，最后對(duì)濾餅進(jìn)行干燥處理，即得到超級(jí)電容器電極用活性炭材料；
[00?4] 所述的攪拌時(shí)間為Ih?6h ;所述的酸性溶液為0.5mo I/L?6mo I/L鹽酸溶液、0.5mol/L?6mol/L硫酸溶液、0.5mol/L?6mol/L硝酸溶液的中的一種或者兩種以上按任意比例混合的酸性溶液;所述對(duì)樣品進(jìn)行干燥處理的溫度為80°C?150°C。
[0015]本發(fā)明所述方法及所制備材料具備以下有益效果:
[0016]1、本發(fā)明以姑娘果宿存萼為原料制備活性炭材料，姑娘果宿存萼本身為片層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，炭化后基本可以保持原有形貌，為含有大量介孔的非晶石墨片，在活化過(guò)程中，活化劑在石墨片層和介孔壁上刻蝕產(chǎn)生大量的微孔，通過(guò)調(diào)節(jié)活化時(shí)間及活化劑濃度就可以調(diào)節(jié)微孔介孔比例，以此來(lái)制備出循環(huán)穩(wěn)定性高、質(zhì)量比容量大和能量密度高的超級(jí)電容器電極材料，在電流密度為lA/g時(shí)，質(zhì)量比容量最高可達(dá)518.2F/g。
[0017]2、本發(fā)明所采用的原料姑娘果宿存萼是一種罐頭、果醬等食品或者中藥生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物，現(xiàn)在的處理方式是當(dāng)作生產(chǎn)垃圾處理，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境，所以姑娘果宿存萼廉價(jià)且極其容易獲得，并且經(jīng)過(guò)本發(fā)明所述的方法活化、炭化后反而成為一種孔結(jié)構(gòu)可調(diào)、電容性能優(yōu)異的超級(jí)電容器用電極材料，節(jié)約成本的同時(shí)也減輕了環(huán)境污染；
[0018]3、本發(fā)明所采用的活化方法為一步活化法，工藝簡(jiǎn)單，有利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn);而且活化溫度控制在最佳700°C，降低了設(shè)備以及生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例1中所制備的活性炭材料的SEM圖；
[0020]圖2為實(shí)施例1中所制備的活性炭材料的拉曼光譜圖；
[0021 ]圖3為實(shí)施例1中所制備的活性炭材料的X射線衍射圖；
[0022]圖4為實(shí)施例1?3中所制備的活性炭材料作為電極材料組裝成三電極體系在6mo I /L的KOH溶液中的恒流充放電曲線圖；其中A為實(shí)施例1所制備的活性炭材料;B實(shí)施例2所制備的活性炭材料;C為實(shí)施例3所制備的活性炭材料；
[0023]圖5為實(shí)施例1?3中中所制備的活性炭材料作為電極材料組裝成三電極體系在6mo I/L的KOH溶液中的循環(huán)伏安曲線圖；其中A為實(shí)施例1所制備的活性炭材料;B實(shí)施例2所制備的活性炭材料;C為實(shí)施例3所制備的活性炭材料；
[0024]圖6為實(shí)施例1中所制備的活性炭材料在不同電流密度下質(zhì)量比容量曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意合理組合。
[0026]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式以姑娘果宿存萼制備超級(jí)電容器用活性炭材料的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0027]步驟一:清洗姑娘果宿存萼并烘干；
[0028]步驟二:去除姑娘果宿存萼與菇娘果連接處的莖；
[0029]步驟三:將步驟二處理后的姑娘果宿存萼放入活化劑水溶液中浸泡不小于6h;所述活化劑為堿性活化劑、酸性活化劑或中性活化劑；
[0030]步驟四:將步驟三中浸泡后的姑娘果宿存萼瀝干；
[0031]步驟五:將步驟四中得到的瀝干的姑娘果宿存萼置于管式爐中進(jìn)行炭化和活化，所述的炭化和活化過(guò)程中為:在惰性氣體保護(hù)氣氛中或真空條件下，以l°C/min?10°C/min的升溫速率升溫至600°C?900°C，并恒溫2h?4h小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，即得到初級(jí)活化產(chǎn)物；
[0032]步驟六:將步驟五中得到的初級(jí)活化產(chǎn)物浸泡在酸性溶液中進(jìn)行酸洗并攪拌，然后將含有初級(jí)活化產(chǎn)物和酸性溶液的混合液抽濾，然后對(duì)抽濾得到的濾餅進(jìn)行水洗至洗出液為中性，最后對(duì)濾餅進(jìn)行干燥處理，即得到超級(jí)電容器電極用活性炭材料。
[0033]本實(shí)施方式所述方法及所制備材料具備以下有益效果:
[0034]1、本發(fā)明以姑娘果宿存萼為原料制備活性炭材料，姑娘果宿存萼本身為片層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，炭化后基本可以保持原有形貌，為含有大量介孔的非晶石墨片，在活化過(guò)程中，活化劑在石墨片層和介孔壁上刻蝕產(chǎn)生大量的微孔，通過(guò)調(diào)節(jié)活化時(shí)間及活化劑濃度就可以調(diào)節(jié)微孔介孔比例，以此來(lái)制備出循環(huán)穩(wěn)定性高、質(zhì)量比容量大和能量密度高的超級(jí)電容器電極材料，在電流密度為lA/g時(shí)，質(zhì)量比容量最高可達(dá)518.2F/g。
[0035]2、本發(fā)明所采用的原料姑娘果宿存萼是一種罐頭、果醬等食品或者中藥生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物，現(xiàn)在的處理方式是當(dāng)作生產(chǎn)垃圾處理，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境，所以姑娘果宿存萼廉價(jià)且極其容易獲得，并且經(jīng)過(guò)本發(fā)明所述的方法活化、炭化后反而成為一種孔結(jié)構(gòu)可調(diào)、電容性能優(yōu)異的超級(jí)電容器用電極材料，節(jié)約成本的同時(shí)也減輕了環(huán)境污染；
[0036]3、本發(fā)明所采用的活化方法為一步活化法，工藝簡(jiǎn)單，有利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn);而且活化溫度控制在最佳700°C，降低了設(shè)備以及生產(chǎn)成本。
[0037]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中所述烘干溫度