[发明专利]一种淀粉基超级电容活性炭材料的制备方法

说明书

本发明公开一种淀粉基超级电容活性炭材料的制备方法，包括如下步骤：第一步：将淀粉基生物质原料低温炭化处理，炭化料用盐酸、硝酸、去离子水分次洗涤，去除无机杂质；第二步：将氢氧化物配置成水溶液，与第一步所得淀粉基炭化料混合，浸渍，烘干；第三步：将第二步浸渍了碱溶液的淀粉基炭化料颗粒置于煅烧炉中，在空气气氛下煅烧活化，自然降温至室温；第四步：将活化过后的活性炭材料经过酸洗，水洗及烘干后，无需研磨即得粉状超级电容器活性炭材料。本发明原料来源广泛，价格便宜，工艺简单，收率高，产品粒径均匀，球径及比表面积可控，便于工业化实施。

技术领域

本发明涉及一种淀粉基超级电容活性炭的制备方法，具体涉及淀粉基原料低温碳化预处理和高温碱法活化制备超级电容活性炭材料的方法。

背景技术

超级电容器具有充电速度快、功率密度高、寿命长等特点，是解决电动汽车用动力电源最有效途径。它既可以作为电动车辆运行的唯一动力电源，也可以作为电动车辆运行的辅助动力电源。超级电容器还可用于光伏电池蓄电、电网稳定、无线电发射等功率器件，以及坦克、火箭牵引的启动能源；美国、欧洲、日本等也正在进行超级电容器的研究。

淀粉成分经过低温热塑碳化工艺之后，得到多孔富氧的“钢筋-水泥”结构，有利于下一步的碱金属离子充分进入，在活化过程中充分均匀地造孔。淀粉基活性炭原料价格低廉，易得，结构理想适合作为超级电容器电极材料，其具有大批量工业生产条件与价值，同时也是很有潜力的解决电动汽车用动力电源问题的材料。其作为超级电容器电极材料具有超长的循环寿命，且具有良好的导电率和倍率性能。目前，淀粉基活性炭的比表面积，总孔容积较低，电化学性能一般。

马小丰等人研究发现，利用磷酸-水蒸气复合活化法得到的活性炭电极材料，在活化温度850℃、活化时间2h条件下，制得的淀粉基活性炭材料的比表面积为1438m²/g，比电容仅为150F/g。

广西师范大学钟玉兰等人通过KOH活化法制得比表面积为3332m²/g，孔容积为1.585cm3/g的活性炭材料，在370mA/g的极小电流密度下，其比电容仅为238F/g。使用ZnCl₂-CO₂联用活化得到的活性炭材料仅有1600-1900m²/g的比表面积，且比电容仅为130-140F/g。

Liyun Pang等人通过水热碳化及磷酸活化制备的到淀粉基活性炭材料，其具有1239m²/g比表面积及1.4cm³/g的总孔容积，作为超级电容器电极材料具有144F/g的比电容，19.9wh/kg的能量密度。

Qiang Ruibin等人通过水热碳化制备而得淀粉基活性炭材料，具有245F/g的比电容且3000次循环之后没有明显的电容衰减。

X Yang等人以KOH为活化剂，Na₂CO₃作为模板剂制得的活性炭比表面积为1034m²/g，在2A/g的电流密度下，其比电容可达到234F/g，且在20A/g的电流密度下仍能保持有91％的比电容。

综上所述，前人所制备得到的活性炭材料比电容较低，仅为100-300F/g，且无法得到具有理想特定结构的活性炭材料，仅是使用了不同的化学、物理、或化学物理联用的方法最后得到了几种结构的活性炭材料。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种制备过程步骤简单，产品电容性能高，制造成本低的淀粉基超级电容活性炭材料制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种淀粉基超级电容活性炭材料及其制备方法，包括如下步骤：

第一步：将淀粉基生物质原料低温炭化处理，炭化料用1mol/L的盐酸溶液和硝酸溶液、去离子水分次洗涤，去除无机杂质；