[发明专利]一种采用微波改性制备超级电容器用的中孔活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器用的活性炭，尤其涉及采用微波改性制备超级电容器用的中孔活性炭的方法。

背景技术

超级电容器是一种类介于普通电容器与电池之间的新型储能器件，它兼有普通电容器功率密度大和二次电池能量密度高的优点，而且充电速度快、循环寿命长、对环境无污染，在电动汽车、信息技术、航天航空及国防科技等领域具有广阔的应用前景。近年来，随着超级容器应用领域的不断拓展，人们对具有高比容量、良好稳定性的超级电容器提出了迫切的要求。

目前制备超级电器的炭基材料主要为高比表面积的活性炭，但这类活性炭的一般通过KOH活化法进行生产制备，生产出的活性炭微孔含量大，影响了电解液离子在电极材料上的扩散，导致制成的超级电容器比电容量不理想。

目前有人以KMnO₄这一化学试剂与高比表面活性炭在常温下加热，从而达到改变高比表面活性炭的孔径分布这一目的。但是采用这种方法，KMnO₄与高比表面活性炭加热过程中，放出氧气剧烈，十分容易导致氧气来不及被高比表面活性炭充分吸附，已经和表面的活性炭发生反应，烧蚀大部分的活性炭表面孔，最终导致活性炭吸附能力迅速下降。因此这种方法便不适合制备超级电容器用活性炭。

发明内容

为了克服以上缺点，本发明的目的是提供一种操作简单，生产周期短，成本低，改性后的活性炭比表面积高，中孔率增大的采用微波改性制备超级电容器用的中孔活性炭的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种采用微波改性制备超级电容器用的中孔活性炭的方法，所述制备方法包括下述步骤：

1）活性炭预处理：在比表面积大于2000m²/g，微孔含量达到90%以上的高比面积活性炭中加入去离子水润湿活性炭，得到湿炭，所述加入的去离子水与高比面积活性炭的质量比为0.1～3：1；

2）微波处理：将预处理后的湿炭放入开口的石英容器内，然后将该装有湿炭的石英容器放入微波炉中，在700-900W微波功率下，微波处理1-10min，得到中孔活性炭。

用比表面积为1000m²/g的活性炭（ACs）作电极，理论上则其电容量应为200F/g左右，但实际往往要低得多，这主要是由于电解质中离子难以进入对表面积有较大贡献的微孔（<2nm）引起的。这说明活性炭比表面积并不是影响双电层电容器的电容量的唯一因素，研究表明活性炭的孔分布、导电性、结晶性及表面官能团对双电层电容器的电容量均有影响。

电极是电容器的核心，电极材料的性能决定了电容器的主要指标，炭材料是目前电化学电容器的首选电极材料，理想的炭电极材料应是具有高比表面（>1000m²/g）、丰富的中孔结构、尽可能高的堆密度、低电阻率、高的纯度、低的价格以及化学稳定性和结构稳定好等特性。

因组装电容器采用的电解液为6mol/L的KOH/LiOH混合电解液，根据文献报道，凡能满足温度在77K下N₂吸附的孔隙都能通过电解质，即要求孔径>0.5nm，同时灰分尽可能低，要求<2%，在此条件下比表面积尽量大，因此中孔活性炭较适合做超级电容器电极。

本发明采用以上的制备方法，选择微孔孔隙发达的高比表面活性炭为原料，加入去离子水进行湿化预处理后，再经过短时间的微波加热，改变原料活性炭的孔隙结构，使其成为适合超级电容器用的中孔活性炭。在以上过程中，因去离子水对高比表面活性炭为具有活化作用，然后再经微波加热后，可对活性炭中的部分微孔进行扩孔，使部分微孔经微波加热后形成中孔，从而增大活性炭的中孔率。改性后活性炭的比表面积随微波处理时间减小，中孔率增大。