[发明专利]一种超级电容器用球形多孔碳的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容器用球形多孔碳的制备方法，具体涉及一种将高分子糖类在高压下通过水热反应合成纳米碳球，将其在一定条件下活化处理，制备具有高比表面积和高比电容量多孔碳球的新方法。

背景技术

随着石油、天然气和煤等不可再生能源的不断消耗殆尽，世界经济发展受其影响越来越大，我国属于石油资源相对匮乏国家，国际石油价格的不断攀升，将对国家的经济和石油安全带来严重影响。因此清洁能源的研究和开发对国家经济的可持续发展有着重要的作用。与此同时越来越多的能量存储装置进入到人们的生活中，实际上能量可以以多种形式存储。比如利用水坝这种系统可以将能量以势能的形式存储，能量还可以以化学能的形式存储在燃料中。但是，高倍率电能的快速释放并不是一般的电源可以做到的，如铅酸蓄电池即使在最好的状态下也不能以10C的高倍率电流重复放电，而铿电池在10C的高倍率下重复放电的寿命相对1C的中低倍率放电是很非常短的。为实现快速充放电这一目的，近年来人们逐渐将目光转移到超级电容器的研究上。

超级电容器具备：成本低廉、材料丰富、充放电寿命长及安全性能高等特点，受到社会和全世界科研工作者的广泛关注。制备超级电容器电极的材料主要有金属氧化物、碳基材料、复合电极材料和导电聚合物。而这些材料中碳基材料被关注的更多，并且技术也最为成熟。用于制备碳基超级电容器碳材料主要有纤维碳、粉末碳、石墨烯、碳纳米管等。与粉状多孔碳材料相比，球形碳材料具有更高的堆积密度，其在电解质溶液中产生的电阻更小，因此适合用于超级电容器的电极材料。同时多孔碳球具有比表面积大、孔径可调、原料丰富、电化学稳定性好等特点而成为商业化超级电容器的首选电极材料。专利CN102101668A公开了一种以低阶煤为原料制备高比电容量超级电容器用活性炭的方法。专利CN102838115A公开了一种以石油焦为原料制备超级电容器用高比表面积活性炭的方法。专利CN102360960A公开了一种含有活性物质、导电剂、粘合剂及阳离子表面活性剂的超级电容器用电极材料的生产方法。专利CN102214514A公开了一种以煤、石油、木材、果壳等原料为碳源生产超级电容器用高比电容活性炭电极材料的方法。以上专利中制备的碳材料并非球形，其在电容器应用中电阻略大于球形多孔碳，因此制备一种球形多孔碳材料将有利于超级电容器行业的进步与发展。

本专利是以高分子糖类为原料，将其在高压下水热反应合成纳米碳球，再将与活化剂混合、在一定条件下活化处理，制备具有高比表面积和高比电容量球形多孔碳的新方法。

发明内容

本发明目的是提供一种利用糖类高分子制备超级电容器用球形多孔碳的新方法。

本发明首先将浓度为0.5～2.0mol/L的糖溶液在130～200℃温度下进行水热反应4～8小时，固体过滤，洗涤、干燥，制得球形碳材料；将球形碳500℃热处理后与活化剂按质量比1∶3～5(Kg/Kg)混合，将其在400℃下反应0.5小时，700～800℃下活化反应1小时，固体过滤、洗涤、干燥，最终将得到的球形碳材料进行粒径、比表面积和比电容的测试。

本发明的特征在于：所述生产超级电容器用球形多孔碳的糖类为葡萄糖、木糖和果糖。

本发明的特征在于：所述活化剂为氢氧化钾和氢氧化钠。

具体实施方式

实施例1：将浓度为2.0mol/L的葡萄糖溶液，在200℃温度下水热反应8小时，固体过滤，洗涤、干燥，制得球形碳材料；将球形碳500℃热处理后与KOH按质量比1∶5(Kg/Kg)混合，将其在400℃下反应0.5小时，800℃下活化反应1小时，固体过滤、洗涤、干燥，制备出粒径为783nm，比表面积为3318m²/g，比电容量为273F/g的超级电容器用球形多孔碳。

实施例2：改变水热碳与活化剂用量比为1∶4，其他条件同实施例1，制备出比表面积为2835m²/g，比电容量为247F/g的球形多孔碳。

实施例3：改变水热碳与活化剂用量比为1∶3，其他条件同实施例1，制备出比表面积为2471m²/g，比电容量为218F/g的球形多孔碳。

实施例4：改变活化温度为700℃下活化反应1小时，其他条件同实施例1，制备出比表面积为2673m²/g，比电容量为236F/g的球形多孔碳。

实施例5：改变葡萄糖浓度为0.5mol/L，其他条件同实施例1，制备出粒径为413nm，比表面积为3187m²/g，比电容量为259F/g的球形多孔碳。