[发明专利]一种超级电容活性炭及其制备方法

说明书

本发明属于活性炭制备技术领域，具体涉及一种超级电容活性炭及其制备方法。该方法将褐煤热溶催化重质组分与预氧化剂混合反应后，经炭化、活化反应后得到超级电容活性炭，该活性炭的比表面积大、总孔容和中孔率较高、导电性好。此外，超级电容活性炭的原料中的灰分和重金属的含量较低，进而降低了超级电容活性炭的杂质含量，且可以较好的控制超级电容活性炭表面官能团的数目，有助于提高活性炭的导电率。

技术领域

本发明属于活性炭制备技术领域，具体涉及一种超级电容活性炭及其制备方法。

背景技术

活性炭具有较大的比表面积、丰富的孔隙结构、耐高温高压、稳定的化学性质、能够再生重复使用、价格低等优势，可广泛应用于净化气体、污水处理、催化剂载体、医药、军工、新能源等技术领域。

近年来，全球范围内大力推广新能源汽车，各地也相继暂停销售传统燃油汽车的时间表，对电动汽车的性能提出了更高的要求。目前，市售的电动车普遍存在充电时间长、续航里程短、使用寿命短等缺点，多以高功率密度、大比电容、高循环性的超级电容器替代常规电池来解决上述缺点。根据储能机理不同，超级电容器可分为双电层电容器、赝电容器和两者混合型。赝电容器因其电极材料采用过渡金属，储能时会发生一系列氧化还原反应，存在循环性能稳定性差、充电时间长等缺点；双电层电容器的电极材料为炭材料，以活性炭为主，活性炭具有较大的比表面积、丰富的孔隙结构、耐高温高压、稳定的化学性质、能够再生重复使用、价格低廉等优势，因此双层电容器的循环稳定性较好，实用性更强，易实现产业化。

随着新能源汽车的大力发展，对活性炭的要求越来越高，一般，活性炭的比表面积为1000～1500m²·g^-1，但已经难以满足目前的需求，开发生产比表面积超过1500m²·g^-1、吸附容量大、杂质少、孔径分布合理的超级活性炭已经迫在眉睫。活性炭的原料可以为任何一种含碳为主的物质，如植物果壳、沥青等重质组分；但植物果壳受限于季节干扰、活性炭产率低、生产规模有限；沥青等重质组分是煤炭加工过程的副产物，来源广泛，资源丰富，价格低廉，目前主要应用于冶炼、建筑以及新型炭材料等行业，如何提高沥青的高附加值、拓宽应用面已成当前的热点。中国专利文献CN108584952A，公开了一种球形多孔炭的制备方法，该方法包括将煤液化沥青进行加热处理得到沥青熔体，经喷雾干燥处理、预氧化、炭化、活化得到球形多孔炭，但是该球形多孔炭的存在微孔发达、中孔率低、孔径分布不合理及表面官能团过多的特点，使得其很难适用于超级电容器上。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的制备的活性炭存在微孔发达、中孔率低、孔径分布不合理等缺陷，从而提供一种超级电容活性炭及其制备方法。

为此，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种超级电容活性炭的制备方法，包括，将褐煤热溶催化重质组分与预氧化剂混合并反应，得到不熔化中间产物；

将所述不熔化中间产物与活化剂混合均匀得到混合物料，经炭化、活化后得到所述超级电容活性炭。

进一步地，将所述不熔化中间产物与活化剂混合时，还包括加入润湿剂得到混合物料的步骤，其中，所述不熔化中间产物、所述活化剂与所述润湿剂的质量比为1：(1-5)：(0.0001-0.0005)。

更进一步地，在所述不熔化中间产物与活化剂混合前，还包括，先将活化剂溶于水中步骤。

所述活化剂为KOH、NaOH和NaHCO₃等的至少一种；

所述润湿剂为丙酮、甲醇和乙醇中的至少一种。

所述褐煤热溶催化重质组分与预氧化剂的质量比不小于2:1。

所述褐煤热溶催化重质组分与预氧化剂混合后，以0.5-1.5℃/min的升温速率升温至250-350℃，保温1-20h，反应得到所述不熔化中间产物。