[发明专利]一种用于超级电容器的分层多孔活性炭电极材料的制备方法

说明书

一种用于超级电容器的分层多孔活性炭电极材料的制备方法，涉及超级电容器电极材料技术领域。将肠衣碳化后与KOH和去离子水在超声条件下混合，经干燥后得到混合物，再将混合物在氮气气氛中进行活化，最后经研磨，取得用于超级电容器的分层多孔活性炭电极材料。肠衣来源丰富、可再生、环境友好，通过简单的处理工艺制得的活性炭材料具有分层结构、发达的比表面积及合理的孔径分布，用作电极材料在超级电容器中具有较好的电容性能。本发明制备过程简单易操作，对降低超级电容器用高表面活性炭的生产成本具有重要意义。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域。

背景技术

随着全球能源危机与环境污染的加剧，开发可持续新能源及先进储能技术势在必行。超级电容器是一种新型的电化学储能器件，相比于传统电容器，超级电容器具有更大的比容量和更高的能量密度；与充电电池相比，超级电容器具有更高的功率密度和更长的循环寿命，同时还有可大电流快速充放电的优点。使超级电容器在电子设备、电动汽车、航空航天等诸多领域具有广阔的应用前景。

活性炭因具有较高的比表面积和孔隙率，且相对于碳纳米管、石墨烯、碳气凝胶等具有价格低廉、能大规模生产的优点而成为超级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，并在诸多领域得到了广泛的应用。但是传统的活性炭以微孔为主且结构单一，不利于其推广使用。

分层多孔炭含有丰富的微孔和中孔，合理的孔径分布有利于电解液离子在多孔通道中传输，分层结构可以有效的缓解充放电过程因膨胀而造成电极材料的崩塌，因而分层多孔炭非常适合作为超级电容器电极材料使用，并展现出较好的电化学性能。

发明内容

针对以上现有技术的缺陷，本发明目的在于提供一种用于超级电容器的分层多孔炭电极材料的制备方法。

本发明技术方案是：将肠衣碳化后与KOH和去离子水在超声条件下混合，经干燥后得到混合物，再将混合物在氮气气氛中进行活化，最后经研磨，取得用于超级电容器的分层多孔活性炭电极材料。

肠衣在碳化过程中随温度的升高发生一系列复杂的物理、化学变化，物理变化主要是脱水、脱气和干燥过程，化学变化主要是热分解和热缩聚两类反应。碳化后的肠衣，去了除肠衣中的挥发水分等，使碳含量增加，初步形成有孔隙的碳结构，为后续KOH活化创造条件。本发明用KOH碱液浸渍碳化肠衣，使活化剂KOH充分进入碳化肠衣的孔隙，为后续高温KOH的均匀活化创造条件。

采用本发明制得高比表面积分层多孔活性炭电极材料，可将肠衣充分利用，且肠衣属于可再生生物质，实现了肠衣高效资源化利用，同时对提高超级电容器电容性能、降低活性炭生产成本具有重要意义。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）肠衣自身的分层结构有利于一步制备分层结构的多孔碳材料，从而提高炭材料的电容性能。

2）肠衣主要由脂肪和蛋白质组成，富含C、N、O等元素，可直接制备出富含N、O官能团的活性炭，N、O等杂原子官能团能够提供额外的赝电容，从而进一步提高活性炭的电容性能。

3）肠衣作为生物质，其来源丰富、可再生、环境友好，通过简单的处理工艺制得的活性炭材料具有分层结构、发达的比表面积及合理的孔径分布，用作电极材料在超级电容器中具有较好的电容性能。

4）本发明制备过程简单易操作，对降低超级电容器用高表面活性炭的生产成本具有重要意义。