[发明专利]富N活性炭电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种富N活性炭电极的制备技术，是利用废弃的富含N元素的人造板通过炭化、活化工艺制备富N活性炭——一种用于新能源-双电层电容器的电极材料，它属于林产生物质资源化学加工的技术领域。本发明利用废弃人造板中大都含有脲醛树脂及三聚氰胺-甲醛树脂等物质的胶黏剂的富含N元素的特点，制备富N活性炭电极材料，不仅为制备双电层电容器用富N活性炭提供了一种廉价的原材料，也为废弃木质人造板的循环利用拓宽了一条新的途径。

技术背景

来源丰富、具有发达孔隙结构的活性炭因价格低廉、导电性好、电化学性质稳定是目前唯一商业化的双电层电容器电极材料。活性炭表面氮原子的存在，可提高炭基体表面的碱性，增强供电子特性，进而提高电容量和功率性能。而普通活性炭的N含量一般在0.5％以下，要得到富含N元素的活性炭一般需利用含N的前驱物(如：尿素、三聚氰胺等)热解、活化而得，或利用含N的前驱物与C材料(褐煤、沥青、木材等)共炭化、活化等方法而得，处理后产品的电化学能力都得到了很大提高，是理想的电容器材料。但这些方法存在着前驱物的成本高，得率低、能耗大等缺点。现有制备富N活性炭电极的这些缺点限制了其商业化进程的发展。

发明内容

本发明的目的，就是为了克服上述获取富N活性炭电极的缺陷，提供了一种由含N的废弃人造板为原料制备富N活性炭电极的方法，不仅为富N活性炭电极提供了良好的原材料，减少了垃圾处理费用，也为废弃木材资源的循环利用提供了一条新的途径。

具体实施方式

本发明是按以下过程实现的：

1、以废弃纤维板为原料(含脲醛胶约10％)，放入炭化炉中，升温速率10℃/min，从室温升至500度，炭化一小时；

2、取出炭化材，制备成40-60目的粉末，经KOH(KOH事先配成50％的溶液)以3∶1的比例对炭化材进行充分浸渍，时间为16小时，将浸渍好的试样放于活化炉中，于800℃活化1小时，制备成活性炭。(比表面积：1658m²/g；碘值：1413mg/g，亚甲基兰：13.4mL/0.1g，孔容：0.93cm³/g，微孔容积：0.63cm³/g)

3、将制备好的活性炭用0.5M的盐酸煮沸0.5小时，再用蒸馏水洗涤，直至中性，放入烘箱烘干，得到活性炭(活性炭的性能表征为：含N量：2.1％，比表面积：1658m²/g；碘值：1413mg/g，亚甲基兰值：13.4mL/0.1g，孔容：0.93cm³/g，微孔容积：0.60cm³/g)；；

4、将活性炭粉、乙炔黑和60％PTFE乳液按质量比87∶10∶3充分混和，调浆，压制并冲成圆片，压在集流体上，真空烘干后用作电极。以7mol·L^-1KOH溶液为电解液，尼龙膜为隔膜，组装成C/C模拟电容器(无机体系电容器)，进行电化学性能测试制备的活性炭电极显示出良好的电化学电容行为。(电化学测试结果：比电容量：219F/g；充放电效率97.4％；体积比电容73.3F/cm³；5A下的比电容的保持率：81％，具体为160F/g，高于市售日本炭YP17-D的98F/g，日本炭的市场售价约为25万元/吨。)