[发明专利]一种稻草秸秆基超级电容器用活性炭及其制备方法

说明书

本发明提供了一种稻草秸秆基超级电容器用活性炭及其制备方法，属于超级电容器电极材料领域。本发明利用高温及活化剂对稻草秸秆分别进行物理和化学活化，其中活化剂可以与炭化后的稻草秸秆中的碳发生反应，从而刻蚀部分碳，经过洗涤后，被刻蚀的位置出现发达的孔结构；最终得到的稻草秸秆基超级电容器用活性炭孔径分布合理，具有较高的比表面积和质量比电容。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，特别涉及一种稻草秸秆基超级电容器用活性炭及其制备方法。

背景技术

随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，发展先进的储能设备和管理系统已成为能源行业的趋势。超级电容器具有高比功率和能量密度、快速充放电速率、优良的倍率能力和长的循环寿命，已成为最受关注的有前途的储能装置之一。

近十年来，活性炭材料因其表面积大、孔径可控、化学稳定性好等优点而备受关注。生物质活性炭是一种利用生物有机物质(如木材、果壳等)制备的活性炭材料，其原料来源丰富，价格低廉，与原料煤相比，生物质无黏结性、无需破黏等特殊处理，制取活性炭的工艺过程简单。然而，目前生物质活性炭虽然已有研究，但是其作为超级电容器电极材料的表现却不甚理想，主要体现在：(1)比电容偏低：它们的导电性差和单微孔结构强烈影响其电容性能，因电解质很难通过内孔使其电容降低，其比电容不到200F/g；(2)孔径分布不合理：尽管活性炭具有较高的比表面积，但其孔隙结构及孔形态不合理，且存在大量无法被电解液离子进入的尺寸小于0.7nm的微孔，致使比表面的实际利用率低。

水稻是我国的主要农作物之一，每年产生的稻草秸秆数量上亿吨。稻草秸秆含纤维素近40％，半纤维素和木质素含量均达25％。目前稻草秸秆部分粉碎还田，代煤供暖，用作饲料，有很大一部分被焚烧，不仅造成资源浪费，还对环境造成了严重污染。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种稻草秸秆基超级电容器用活性炭及其制备方法。使用本发明制备方法得到的稻草秸秆基超级电容器用活性炭孔径分布合理，具有较高的比表面积和质量比电容。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种稻草秸秆基超级电容器用活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将稻草秸秆炭化，得到炭化物；

(2)将所述炭化物与水、活化剂混合，得到混合物；

(3)将所述混合物依次进行超声处理、干燥和研磨，得到粉状物；

(4)在氮气条件下，将所述粉状物进行热处理，得到热处理产物；

(5)对所述热处理产物依次进行洗涤和干燥，得到稻草秸秆基超级电容器用活性炭。

优选的，所述步骤(1)中稻草秸秆的长度为0.8～1.2cm。

优选的，所述步骤(1)中炭化的温度为510～600℃，所述炭化的时间为1.5～1.8小时。

优选的，所述步骤(2)中的活化剂为碱金属氢氧化物。

优选的，所述步骤(2)中炭化物、活化剂和水的质量比为1：2.5～2.9：15～19。

优选的，所述步骤(3)中超声处理的时间为30～50分钟，所述超声处理的功率为30～90W。

优选的，所述步骤(3)中粉状物的粒径为80～150目。

优选的，所述步骤(4)中热处理的温度为600～690℃，加热至所述热处理温度的加热速率为5～8℃/min，所述热处理的时间为1.5～2小时，所述氮气的流速为0.6～1.0L/min。