[发明专利]一种以羊绒为原料制备超级电容器用多孔炭材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及超级电容器用多孔炭材料的制备方法。

背景技术

超级电容器，又称为电化学电容器，是一种新型的功率型电子元器件。它介于电池与普通电容器之间，具有电容器的大电流快速充放电特性，同时也有电池的高储能特性，而且使用寿命长，不会对周边环境造成污染，是一种理想的绿色环保储能器件。如今超级电容器应用极为广泛，无论存储器的备用电源、电动玩具的电源、航天导弹发射的大功率启动系统、电动汽车的能量功率系统等均可看到超级电容器的身影。

在超级电容器中，双电层储能原理的电极一般为炭电极。高比表面积的多孔活性炭材料成为高性能电化学电容器的首选电极材料。目前活性炭作为电极材料的超级电容器已经实现商品化，在诸多领域得到了广泛应用。

我国是毛纺业生产大国，羊绒资源丰富，是世界上最大的绵羊饲养国，第二大羊毛生产国，同时又是最大的羊毛进口国。目前人们对羊绒是利用方式主要是物理、机械和简单的化学手段，其附加值不高。羊绒含碳，其实还可以用来制作活性炭材料。申请号为201110106698.1的专利文献所公开的是一种利用废弃羊毛制备活性炭的方法，他利用ZnCl₂、K₂CO₃等为活化剂，制备出的多孔活性炭的比表面积最高为426m²g^-1。但该技术方案仅仅是从原料被利用的角度出发，制备普通的多孔活性炭比表面积太低，无法满足超级电容器对多孔炭电极高比表面积的要求。

羊绒的特殊生物组织结构是制备超级电容器用多孔炭材料的重要前提，有别于其它专利使用的制备超级电容器用多孔炭的原料。迄今为止，还没有以羊绒为原料制备超级电容器用多孔炭材料的相关文献和专利报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种以来源广泛且成本低廉的羊绒为原料来制备具有丰富微/介孔多级孔结构和高比表面积的超级电容器用多孔炭材料的方法。

本发明一种利用羊绒为原料制备超级电容器用多孔炭材料的方法，具体步骤如下：

(1)将羊毛经分梳处理成羊绒后，用去离子水冲洗去除表面的杂质，洗净后烘干；

(2)将干燥后的羊绒材料放入管式炉内，在惰性气体中，以速率1～10℃/min升温到预炭化温度，在此温度下保温2h，得到炭前驱体；

所述的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种；所述预炭化温度为350～450℃；

(3)将步骤(2)得到的炭前驱体研磨，并与碱金属氢氧化物按一定比例均匀混合，然后置于惰性气体中，以速率1～10℃/min升温到活化温度，并保温1～10h，在此活化温度下对炭前驱体进行活化，得到活化产物；

所述炭前驱体与碱金属氢氧化物按质量比1:2～5均匀混合；所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或二者的混合物；所述的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种；所述活化温度为700～900℃；

(4)将步骤(3)得到的活化产物用酸中和，并用去离子水清洗至中性，干燥；最后经研磨后，得到目标产物：超级电容器用多孔炭材料；

所述的酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸中的一种或多种。

作为一种优化，所述步骤(2)中，预炭化温度为400℃，惰性气体为氮气；所述步骤(3)中，炭前驱体与碱金属氢氧化物按质量比1:3充分混匀，活化温度为800℃，活化时间为2h，碱金属氢氧化物为氢氧化钾，惰性气体为氮气；所述步骤(4)中，酸为盐酸。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)利用一种全新的生物材料来制备超级电容器用多孔炭材料，原料来源广泛且成本低廉，有利于工业化的实现；

(2)羊绒所具体的特殊的生物组织结构是制备超级电容器用多孔炭材料的重要前提，是活化剂在炭前驱中形成丰富微/介孔多级孔结构和高比表面面积的基础；