[发明专利]一种利用木质素磺酸盐制备超级电容器用多孔炭的方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔炭材料制备方法技术领域，具体涉及以木质素磺酸盐为原料制备超级电容器用多孔炭材料的方法。

背景技术

近年来，随着电子、电气设备的日趋小型化以及电动汽车工业的不断发展，作为后备电源和记忆候补装置的超级电容器日益引起了人们的广泛关注。超级电容器作为一种新型储能装置具有电容量大、漏电流小、充放电简单、比功率高和循环寿命长等特点。它可以提供比电解电容器高20～200倍的比能量，比锂电池高10倍以上的比功率和循环寿命。为了开发性能优异的超级电容器，人们先后发展使用了许多不同的电极材料，主要集中在碳基电极材料、金属氧化物电极材料和导电聚合物电极材料三类电极材料上。其中炭材料以其价廉易得、性能优异而受到重视，并已成功商业化。

在碳材料中，多孔炭材料、活性炭材料、活性炭纤维、炭气溶胶和碳纳米管等都可以作为电极材料，其中多孔炭材料因具有大的比表面积和较小内阻，成为该领域内研究最多和前景最好的电极材料。

中国专利CN 101604580B公开了一种以金属有机骨架化合物为前驱物制备超级电容器用多孔炭材料的方法。但金属有机骨架化合物的制备比较复杂，原料价格昂贵且来源有限。

《功能材料》(2010增刊II(41)卷，353)以及《无机化学学报》(2011，27(2)，219；Zhou Jin et al.New Carbon Materials，2010，25(2)，370；Zhou Jin et al.Carbon，2010，48(10)，2765])介绍了一种以柠檬酸盐为原料制备用于超级电容器的多孔炭材料的方法。柠檬酸盐在医学上有广泛的用途，但价格较贵。而木质素磺酸盐是亚硫酸盐法造纸木浆的副产品，将亚硫酸盐造纸木浆废液经加浓缩后，用石灰、氯化钙、碱式醋酸铅等沉淀剂，经过沉淀、分离、烘干等工艺而制得。如果能够以木质素磺酸盐为原料，既是对废料的回收利用，同时又可制备出性能优良的电极材料，因而具有更广阔的应用前景。但是之前并没有见木质素磺酸盐被用作碳源，至今未见以木质素磺酸盐为原料制备用于超级电容器的多孔炭材料的方法方面的报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用木质素磺酸盐制备超级电容器用多孔炭的方法，采用直接热解的方法，以扩大可用于制备超级电容器的多孔炭材料的原料范围。

本发明利用木质素磺酸盐为原料制备用于超级电容器的多孔炭材料的方法，其特征在于：将木质素磺酸盐置于惰性气氛中于600-800℃保持1-4小时，冷却至室温后，浸泡在稀酸中，采取超声分散至分布均匀，再搅拌不少于6小时，然后进行抽滤，水洗至洗出液为中性，干燥即得到可用于制造超级电容器用的多孔炭材料。

所述木质素磺酸盐可采用木质素磺酸钙或木质素磺酸镁。

所述惰性气氛可采用氮气或氩气。

所述稀酸可采用质量浓度为10-30％的稀盐酸或稀硝酸。

从场发射扫描电镜(FESEM)图片可以看出采用本发明方法制备得到的材料具有多孔结构。将该多孔炭材料研磨成粉末，过180目筛，按多孔炭∶石墨∶聚四氟乙烯乳液的质量比80∶15∶5的比例，加入少量的无水乙醇混合均匀，均匀涂抹在按1cm×1cm尺寸压制好的镍制电极上，在100℃下真空干燥24小时，以Hg/Hg₂Cl₂电极作为参比电极，以铂电极作为对电极组成三电极体系，在6mol/L的KOH电解质水溶液中进行电化学性能的测试。充放电曲线呈现出典型的三角对称分布且都随时间线性变化，说明其充放电过程中电容器的电压随时间线性变化，具有良好的电容特性。所有的循环伏安曲线呈较为规则的矩形，不存在氧化还原峰，说明其容量主要来自多孔炭电极和电解液界面的双电层电容。从循环伏安曲线以及充放电曲线可以看出，采用本发明方法制备的多孔炭材料可作为超级电容器材料。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明首次以木质素磺酸盐为原料制备用于超级电容器的多孔炭材料，木质素磺酸盐的结构与金属有机骨架化合物、柠檬酸盐的结构有较大不同，从而扩大了制备多孔炭材料的原料。金属有机骨架化合物本身就具有多孔道、高比表面积，柠檬酸及柠檬酸盐是常见的制备多孔炭材料的原料，而采用木质素磺酸盐作为制备多孔炭材料的原料在国内外至今未见报道。本发明制备方法简单，操作简便，制得的多孔炭用于超级电容器表现出良好的电容特性。

附图说明

图1为本发明实施例1中热解木质素磺酸钙以后的样品在洗涤前(a)和洗涤后(b)的X射线衍射(XRD)谱图比较。