[发明专利]一种高功率、高能量密度超级电容器用孔径可调的米糠基多孔活性炭电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种高功率、高能量密度超级电容器用孔径可调的米糠基多孔活性炭电极材料的制备方法，属于电化学领域。

背景技术

随着化石资源的消耗和环境污染的增加，人类迫切需要高效、清洁、可持续的能源，以及与之相关的能量转换与储存新技术。因此各种新能源技术以及洁净可再生的新能源技术受到了广泛地关注，其中合适的储能装置是至关重要的环节。目前市场上的铅酸、镍镉、镍氢、锂离子电池等其共同特点是具有较高的能量密度，但功率密度很低，充电时间长。因而难以满足对功率密度要求很高的储能装置的应用领域，因此人们期待开发一种兼具高能量密度、高功率密度、长寿命的新型绿色储能器件的出现。

超级电容器又称电化学电容器，它是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能装置。它具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点，被视为本世纪最有希望的新型绿色能源，但一般的超级电容器的能量密度比较低，限制了其使用，高比功率和高比能量的超级电容器的开发，将使超级电容器的应用领域进一步拓宽。现今，超级电容器被视作一种大功率物理二次电源，在电动汽车、混合燃料汽车、电力、铁路、通讯、国防、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，成为当前化学电源领域的研究热点之一。

目前活性炭(尤其是高比表面积活性炭)微孔丰富，但是单位比表面积利用率低，可能的原因是过小的微孔不利于电解液的浸润，导致电荷无法被吸附，不利于双电层的形成；微孔也不利于电荷的扩散和传输的通道，影响电容器的能量密度和功率密度。因此，开发高比表面积活性炭材料的同时对其孔径结构分布进行合理控制，且与之相匹配电解液组装超级电容器是提高超级电容器的能量密度和功率密度的关键技术。

目前在超级电容器的各种电极材料中,以生物质为原料通过化学活化方法制备的碳材料具有较高的比表面积，是一种较为理想的超级电容器电极材料。Hu等采用ZnCl₂活化稻壳的方法制备了比表面积达1565m²/g的活性炭，表现出较好的电容性能，在2A/g的扫速下比电容达到233F/g(Electrochimica Acta2013,105,635–641)。苏党生等人采用酚醛树脂做碳源，采用聚苯乙烯微球和F127做模板，以氯化镍做石墨化催化剂制备石墨化介孔碳，这种碳材料表现出优异的倍率保持性能和循环稳定性，但是制备过程复杂，成本较高(ChemSusChem2012,5,563–571)。何孝军等人采用花生壳为原料，用KOH进行活化处理，所得活性炭材料的比表面积达到1227m²/g，作为电容器电极材料表现出较好的稳定性(中国专利CN102417179A)。专利CN101759181A公开了一种以杏壳、桃壳等硬质果壳或玉米芯为原料，以一定量磷酸为活化剂，磷酸二氢钾或磷酸二氢钠为扩孔剂制备比电容量达200F/g的活性炭。专利CNIO1525132A公开了一种以淀粉(氧化交联淀粉、玉米阳离子淀粉、接枝共聚淀粉、可溶性淀粉或木薯淀粉)为原料，氢氧化钾为活化剂生产超级电容器用活性炭的方法。但是以上专利所用的活性炭微孔、介孔的比例调控能力差，并且其比电容值在高电流密度下衰减相对严重，不适合在大电流下操作条件下使用。