[发明专利]一种制备超级电容器用中空管状活性炭电极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备超级电容器用中空管状活性炭电极材料的方法，属于超级电容器电极材料制备领域。 

背景技术

超级电容器是一类介于普通电容器和电池之间的一种新型储能器件，它不仅具有普通电容器的功率密度大和二次电池能量密度高的优点，而且拥有充放电速率快、循环寿命长、环境友好的诸多特性。它可在电动汽车领域内与锂电池配合使用，为电动汽车的启动和刹车提供或回收能量。同时，在信息技术、航天航空邻域中也具有广阔的应用前景。近年来，随着超级电容器应用领域的不断拓展，电容器开始从军事，公共服务领域进一步扩大到平民百姓的日常生活中，人们对具有高比能、长寿稳定安全的电容器提出了迫切的要求。 

超级电容器主要是由集流体、电解液、电极材料及隔膜等部件组合而成，要想达到高比能，长寿稳定安全的诸多优点，改善电极材料是不二的选择，因为电极材料是超级电容器的核心部件，也是种类最为繁多的部件。在目前的商用超级电容器电极材料中，活性炭以其良好的导电性、较高的比表面积、稳定的化学特性、可控的孔结构及低廉的价格优势一直占据主导地位。 

煤炭作为一种优质的燃料，不仅是国民经济的命脉，也是一种战略储备材料。作为生产活性炭的优质原料，其制备技术已日臻成熟。例如，公开号为CN1202004C、CN1178853C的专利文献公开了以煤为原料，采用物理活化制备用作气相及液相吸附剂的煤基活性炭。公开号为CN1120800C的专利公开了一种煤基中孔活性炭的制备方法，公开号为CN1032056C的专利文献公开了利用优质褐煤制备高吸附性能活性炭。 

以活性炭作为电极材料时，超级电容器依靠双电层储能，单从理论上说，比表面积越大，理论比容量越高。但是实际情况却非如此简单，除了活性炭的比表面外，活性炭的孔径分布、表面官能团的种类和数量、和电解液的浸润性以及微观形貌等都会影响其电化学性能，充分考虑到这些因素，综合有利条件，合理选择低廉易得的制备原材料才是制备高性价比活性炭材料的有效途径。选择合适的农作物材料，作为制备活性炭的材料在目前的活性炭制备材料中是又一个研究热点，林海波等人 (CN103426650A)利用稻壳制备活性炭用作不对称型电化学超级电容器电极材料，曹传宝等人(CN103936006A)利用米糠制备多孔活性炭，应用于锂硫电池、锂离子电池、超级电容器等电极材料。 

目前棉花是纺织工业的主要原料，又是我国重要的经济农作物之一，在农作物种植中有着至关重要的作用。随着我国农业的发展，棉花产量大幅上升，目前，中国在世界上四大产棉国中位居第二。但是，棉花通常用在纺织行业，其低廉价格与日趋枯竭、开采费用较高的煤炭相比具有极大优势。目前，尚无将棉花经适当处理方法制备超级电容器用中孔活性炭材料的报道。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备超级电容器用中空管状活性炭电极材料的方法，制备的超级电容器用中空活性炭具有较高的比表面和较好的电容特性，并且具备中空多孔的微观形貌。 

本发明所述的一种制备超级电容器用中空管状活性炭电极材料的方法，按照下列步骤进行： 

1.将棉花去洗净，除去其中杂物及油脂，得到干净，丝状分明的棉花； 

2.将干净的棉花于80℃条件下真空烘干； 

3.将烘干后的棉花置于坩埚中，在保护气或真空条件下，以2～10℃min^-1的升温速率升温至300～500℃，恒温碳化30～90min； 

4.将步骤3得到的碳化棉花与碱性活化剂按照质量比为2～5：1混合，将混合物以温度2～10℃min^-1的升温速率升温至700～900℃，全过程通保护气或真空； 

5.将步骤5中得到的活性炭材料随炉降温至室温，经洗涤至中性，然后于温度100℃下进行干燥处理，即可得到超级电容器用中空活性炭电极材料。 

其中，步骤1-3所述的棉花可以含有棉花的混合物，或者是棉花经加工而成的产品。 

步骤3所述的碳化保护气可以是除了氧气以外的任何气体或不含氧气的混合气体，优先考虑氮气，氩气。 

步骤4中所述的碱性活化剂为KOH、K₂CO₃、NaOH、Na₂CO₃、氨水其中的一种或几种混合。 

步骤2和4中所述的真空度为133.322×10^-3～133.322×10^-5Pa。