[发明专利]一种中孔发达的活性炭及其制备方法

说明书

本发明特别涉及一种中孔发达的活性炭及其制备方法，属于超级电容器电极技术领域，方法包括：将炭原料浸渍于添加剂溶液，后模压成型，获得前驱体；将所述前驱体在氧化性气氛下进行催化活化反应，获得活性炭半成品；将所述活性炭半成品浸渍于活化剂，后在惰性气氛下进行活化反应，获得活化产物；将所述活化产物进行后处理，获得中孔发达活性炭；采用催化活化的方法增加活性炭中孔的活化程度，同时有效降低了活化剂用量，减少了活化剂对仪器设备的腐蚀；采用本方法制备出的活性炭比表面积在1200‑2000m²/g，孔径分布合理，主要集中在2nm以下的微孔、2‑4nm和8‑12nm的中孔，中孔占有率高，中孔率可达30％‑65％。

技术领域

本发明属于超级电容器电极技术领域，特别涉及一种中孔发达的活性炭及其制备方法。

背景技术

超级电容器具有充放电速率快、使用寿命长、功率密度高、维护成本低、绿色环保等特点，广泛用于通讯、军事、新能源汽车、港口机械、能源存储等多种领域。活性炭作为目前市场上超级电容器的主流电极材料，其比表面积、孔容积、孔径分布、中孔率、纯度、导电性等各项指标都会影响超级电容器的性能。通常认为，活性炭的比表面积和孔容积为电荷和电解液离子的存储提供场所，丰富的中孔结构为电解液离子的传输提供通道，因此，合理的中孔结构和孔径分布是保证活性炭电极材料拥有高比容量的关键。特别是在高电压超级电容器领域，大分子直径的有机电解液对活性炭中孔的结构和可控性提出了更高的要求。

目前，中国发明专利申请CN105366675A公开了一种超级电容器电极用的中孔发达的活性炭的制备方法，它以沥青、石油焦等焦化副产物为炭源，先经过炭化处理，再用水蒸气活化并对活化料的粒径进行控制，最后通过双氧水或二氧化碳对其二次活化调控中孔比例得到活性炭产品；该制备工艺仅通过两次物理活化制备的活性炭中孔结构不够丰富，中孔径在2-3nm、中孔率20-30％，很难满足高压超级电容器对活性炭电极材料的要求。中国发明专利申请CN108516548A公开了一种高介孔率活性炭的制备方法及其获得的活性炭，其以生物质为原料，通过酸水热炭化、低温活化、高温活化等一系列过程制得高介孔率活性炭；该方法制备的活性炭介孔率高达95％以上，主要用于吸附领域，其过低的微孔含量很难对电容器容量的提升提供帮助。

发明内容

本申请的目的在于提供一种中孔发达的活性炭及其制备方法，以使活性炭满足丰富中孔结构的同时，拥有足够的比表面积和微孔储存电荷和电解质离子，能够用于超级电容器电极材料，提升超级电容器性能。

本发明实施例提供了一种中孔发达的活性炭的制备方法，所述方法包括：

将炭原料浸渍于添加剂溶液，后模压成型，获得前驱体；

将所述前驱体在氧化性气氛下进行催化活化反应，获得活性炭半成品；

将所述活性炭半成品浸渍于活化剂，后在惰性气氛下进行活化反应，获得活化产物；

将所述活化产物进行后处理，获得中孔发达活性炭。

可选的，所述炭原料为石油焦、沥青焦、油系针状焦和煤系针状焦中的至少一种；所述炭原料的粒度选用标准为过200目筛。

可选的，所述添加剂溶液为质量分数1％-5％硝酸铁或硝酸镍溶液，所述添加剂溶液的溶剂为质量浓度为25％-100％的乙醇。

可选的，所述催化活化反应的温度为300℃-550℃，所述催化活化反应的时间为0.5h-3h。

可选的，所述氧化性气氛为氧气气氛、水蒸气气氛和二氧化碳气氛中的至少一种；所述氧化性气氛的气体体积浓度为5％-30％，所述氧化性气氛的气体体积流量为100mL/min-800mL/min。

可选的，所述将所述活性炭半成品浸渍于活化剂，后在惰性气氛下进行活化反应，获得活化产物中，所述活性炭半成品浸渍于活化剂采用等量浸渍法，所述活化剂为氢氧化钾或氢氧化钠，所述等量浸渍的浸渍溶液为乙醇溶液。