[发明专利]一种低阶煤基多孔碳制备方法及在超级电容器中的应用

说明书

本发明一方面公开了一种低成本的低阶煤基多孔碳制备方法，通过对低阶煤原料进行K基化合物高温(900‑1200℃)活化处理，获得具有高孔隙率和石墨化度的煤基多孔碳，另一方面提出了利用低阶煤基多孔碳制备超级电容器的应用。采用了以上方案，可实现以下优点：采用储量丰富、成本低廉的低阶煤原料，通过混合较高比例的K基化合物(K₂CO₃、KOH、K₂FeO₄等)经过高温活化、清洗和干燥过程，就可得到具有较高孔隙率及石墨化度的煤基多孔碳材料，将其构建成超级电容器件，展现出较高的比电容、倍率性能和运行稳定性。与常规碳纳米材料相比，该煤基多孔碳材料制备方法简单、原料成本低、适合宏量制备，有助于促进超级电容器的应用范围的拓展。

技术领域：

本发明涉及一种低阶煤基多孔碳制备方法和应用，尤其涉及一种低阶煤基多孔碳制备方法及在超级电容器中的应用。

背景技术：

随着移动设备、电动汽车、新能源等领域的飞速发展，促使储能设备的要求越来越高。与常规化学电池相比，超级电容器具有使用寿命长、充放电速率快、安全性高等特点，尤其适用于功率密度要求较高的应用领域。目前，超级电容器主要分为以碳基材料为电极的双电层电容器和以渡金属氧化物和高分子聚合物为电极的法拉第赝电容器两种。

碳基电极材料由于物理化学性质良好、结构稳定、导电率高、环境友好等优点，在超级电容器中具有广泛的应用，尤其是碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管、介孔碳等)。这些碳纳米材料虽然在超级电容器中有很好的应用，但制备成本高、工艺复杂，严重影响了超级电容器的应用范围。

发明内容：

本发明专利为了解决以上问题，一方面提出了一种低成本的低阶煤基多孔碳制备方法，通过对低阶煤原料进行K基化合物高温(900-1200℃)活化处理，获得具有高孔隙率和石墨化度的煤基多孔碳，具体的，一种低阶煤基多孔碳制备方法，包括如下步骤：

S1.混合物制备：低阶煤进行细化和干燥成度为40-300目的细化煤粉，与钾基化合物采用液相浸渍工艺浸渍，得到混合物；其中细化煤粉和钾基化合物的质量比为1：(2-5)；

S2.高温活化：将S1.混合物制备中得到的混合物送入气氛炉中，在高纯氮气或高纯氩气保护下按照1-20℃/min的升温速率升温至900-1200℃保温0.5-6h，而后自然降温到室温后，依次进行酸洗和水洗，得到清洗后的活化产物；

S3.干燥：将所述S2.高温活化得到的清洗后的活化产物进行热风干燥，得到低阶煤基多孔碳。

进一步的，所述低阶煤为褐煤或次烟煤。

进一步的，所述钾基化合物为K₂CO₃、KOH、K₂FeO₄中的任意一种。

进一步的，所述S1.混合物制备中，液相浸渍工艺为：将细化煤粉浸渍于碳酸钾溶液中，置于搅拌机中，按照50-500r/min的搅拌速度搅拌均匀，而后在升温到80-200℃烘干，得到混合物。

进一步的，所述S2.高温活化中，酸析液为0.1-2mol/L的盐酸溶液或硝酸溶液。

本发明另一方面提出了利用低阶煤基多孔碳制备超级电容器的应用，具体的，在无水乙醇中，按照质量比为8:1:1分别将选用的煤基多孔碳、导电炭黑和60wt.％聚四氟乙烯乳液(PTFE)研磨均匀成膜，在真空干燥箱中烘干，得到极片薄膜，压制在泡沫镍集流体上，并在真空干燥箱内烘干后作为正负极。

进一步的，真空干燥箱的干燥温度为120℃，干燥时间为12h。

进一步的，组装水系和有机系电容器时，电解液分别选用6mol/L KOH和1mol/LTEA BF4-PC为电解液。