[发明专利]一种由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法。属电化学和新能源材料领域。

【背景技术】

随着社会经济的迅速发展，能源危机、资源短缺、环境污染成为人类生存面临的严峻挑战，寻找环境友好，可再生，节约型的二次能源成为人类社会可持续发展亟待解决的任务。

超级电容器是20世纪60～70年代发展起来的一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件，具有高比容量，高功率密度，循环寿命长，对环境无污染等优点，在移动通讯、信息技术、工业领域、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有重要和广阔的应用前景，已引起各国学术界和工业界的广泛关注。超电容器电极通常采用具有高比表面积的多孔炭材料，包括活性炭粉末、活性炭纤维、碳纳米管，炭黑等。一般情况下，活性炭的导电性能不佳，电极的制备过程中通常需要加导电剂等来降低电阻，过程较繁琐；直接用纳米碳管加粘结剂制备电极，过程简便，但成本很高，且比容量不如活性炭电极大；选用高比表面炭黑作电极材料，因为炭黑的导电性良好，不需其他添加剂，电极的制备过程简便，且炭黑的制备技术成熟，原料广泛，制备成本低，适于工业化生产。

热解炭黑作为轮胎热解的关键产物，其应用价值直接决定了废轮胎热解回收过程的经济性。如何改善轮胎热解炭黑的性能，提高其实用价值，成为废轮胎资源回收综合利用的重要环节。

【发明内容】

鉴于此，本发明提供了一种由废轮胎热解炭制备电容器电极材料的方法，不仅可以有效地回收了废旧资源，而且大大提高了废轮胎热解炭的实用价值。该方法得到的炭材料具有炭黑的优良性质，用做电极材料，有可能制成具有较低电极电阻、制备方法简便而且成本低廉的双电层电容器。

本发明的具体步骤如下：

(1)将废轮胎热解炭黑粉末用有机溶剂抽提除去原料中油分，稀酸洗涤除去其中的金属氧化物，硫化物等杂质，所得炭黑固体粉末晾干备用；

(2)将步骤(1)所得固体粉末以水蒸气，二氧化碳，氢氧化钾或氢氧化钠，硝酸，氯化锌等为活化剂，在200～1000℃活化处理1～4小时，再经水洗，干燥等后处理得到所需的炭质电极材料。

本发明中所述的有机溶剂选自甲苯、石油醚、二氯甲烷或乙醇；稀酸选自稀硫酸、稀盐酸或稀硝酸；活化处理过程包括但不限于物理活化(水蒸气，二氧化碳活化)和化学活化(氢氧化钾，氢氧化钠，硝酸，氯化锌等)。

本发明的电容器电极材料的性能评价，以本领域常用的测定方法进行：高比表面炭黑材料与粘结剂直接混合(粘结剂：聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯等；添加量为5～15％)，然后用滴管滴加N-甲基吡咯烷酮或乙醇，将混合物充分研磨均匀，制成超级电容器电极。采用三电极形式测试循环伏安，交流阻抗数据；采用模拟电容器进行充放电和循环性能测试。与现有技术相比，本发明的优点体现在：

(1)以废轮胎热解炭作为原料，成本低廉且可以有效地回收了废旧资源，减少固体废弃物污染。

(2)通过简单的表面处理和活化处理就可以得到高比表面的炭电极材料，工艺简单且可重复性好，有利于批量化生产。

(3)本发明中可根据需要，通过不同的活化处理方法改变孔道结构及比表面大小。

(4)本发明中所制备的电容器电极具有较高的比电容，较长的循环使用寿命，电化学综合性能良好。

【附图说明】

图1为实施例3中所得炭材料在KOH电解液中不同扫描速度下的循环伏安曲线。

图2为实施例3中所得炭材料在KOH电解液中不同电流密度下的充放电曲线。

图3为实施例3中所得炭材料在KOH，H₂SO₄电解液中的循环性能曲线。

【具体实施方式】

下面以实施例的方式进一步说明本发明的特征，但本发明并不局限于下述实施例。

实施例1

将废轮胎热解炭黑用甲苯作溶剂抽提除去油分，稀硫酸洗涤除去氧化物、硫化物等无机灰分。取表面处理后的炭黑原料，在800℃下水蒸气处理2小时，得到比表面为830m²/g的炭材料。将得到的炭材料与聚四氟乙烯按质量比95∶1混合，滴加乙醇后充分混合均匀，制成超级电容器电极。然后对其电化学性能进行测试，结果表明，在6M KOH为电解液中以1A/g电流密度工作时，质量比电容为57F/g。

实施例2