[发明专利]一种用于超级电容器的石墨化活性炭电极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器材料技术领域，具体涉及一种用于超级电容器的石墨化活性炭电极材料及制备方法。

背景技术

超级电容器又称电化学电容器，是介于传统物理电容器和二次电池之间的一种新型储能器件。由于超级电容器相对于传统二次电池具有功率密度高、循环寿命长等优点，其作为电子设备和汽车的电源具有广泛的应用前景。

活性炭因具有较高的比表面积和孔隙率，且相对于碳纳米管、石墨烯等具有成本低廉，能大规模生产的优点而成为超级电容器的首选电极材料。目前活性炭作为电极材料的超级电容器已经实现商品化，并在诸多领域得到了广泛的应用。

以生物质为原料通过化学活化方法制备的碳材料具有较高的比表面积，是一种较为理想的超级电容器电极材料。Wu等采用KOH活化杉木的方法制备了比表面积达1050m²/g的活性炭，表现出较好的电容性能，在10mV/s的扫速下比电容达到180F/g(Journal of Power Sources 144(2005)302-309)。何孝军等人采用花生壳为原料，用KOH进行活化处理，所得活性炭材料的比表面积达到1227m²/g，作为电容器电极材料表现出较好的稳定性（中国专利CN102417179A）。但是采用化学活化法制备的活性炭石墨化程度低，导电性较差，因而造成以其做电极材料的超级电容器的倍率性能差，不适合在大电流下操作条件下使用。

经过石墨化处理的活性炭材料相对于无定形炭表现出更高的导电性，因此适合在大电流密度下工作，即在高速充放电过程中仍然保持较高的比电容。以石墨化活性炭做电极的超级电容器在保持较高能量密度的前提下，具有更高的功率密度，即大电流充放电的能力。因此石墨化活性炭更适合功率型超级电容器的电极材料。

Zhongli Wang等人采用糠醇做碳源，硝酸钴和硝酸铁做石墨化催化剂，经过高温处理得到石墨化的碳材料，这种碳电极材料在高电流下表现出较好的电容保持率，但是比电容值相对较低，在100mV/s下比电容仅为102F/g（CARBON 49(2011)161–169）。苏党生等人采用酚醛树脂做碳源，采用聚苯乙烯微球和F 127做模板，以氯化镍做石墨化催化剂制备石墨化介孔碳，这种碳材料表现出优异的倍率保持性能和循环稳定性，但是制备过程复杂，成本较高（ChemSusChem 2012,5,563–571）。

果壳炭由于其相对低廉的成本和较高的比表面积因而是一种被广泛采用的超级电容器电极材料。Bin Xu等人采用杏壳做原料，采用KOH活化的方法制备的活性炭比表面积达到2074m²/g，比电容值达到339F/g（Materials Chemistry and Physics124(2010)504–509）。Chi-Chang Hu等人采用开心果壳作为原料通过化学活化提高其表面积，但是在300mV/s的高扫速下比电容仅有47F/g（Electrochimica Acta 52(2007)2498-2505）。采用以上方法制备的果壳类活性炭虽然有较高的比表面积，但是石墨化程度均较低，因而导电性低，其比电容值在高电流密度下衰减相对严重。

银杏壳作为一种广泛存在的农产品废弃物，关于其作为原料制备活性炭目前尚无相关专利报道。同样没有关于采用银杏壳作原料制备石墨化碳的文献报道。本发明采用银杏壳这种生物质为原料，通过KOH化学活化和过渡金属浸渍石墨化的方法制备石墨化活性炭，得到的材料表现出较高的比电容和优异的倍率性能。本方法充分利用农产品生物质，生产过程环境友好，制备出的石墨化活性炭在超级电容器领域具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服目前活性炭材料电导率偏低的问题，提供了一种用于超级电容器的石墨化活性炭电极材料及制备方法，即通过对活性炭材料进行过渡金属催化石墨化处理，提高材料的石墨化程度，从而提高其导电性；此外，相对于传统活性炭，石墨化活性炭中的介孔比例得到了提高；高石墨化程度和高的介孔比例使得以石墨化活性炭作电极的超级电容器具有更高的倍率性能，即在大电流密度下仍然能保持较高的能量密度。

本发明提供了一种用于超级电容器的石墨化活性炭电极材料，该石墨化活性炭电极材料是用过渡金属盐溶液对活性炭材料进行浸渍，然后在高温下进行处理得到；该材料具有大的比表面积和高的石墨化程度。

本发明还提供了所述的石墨化活性炭电极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）采摘成熟的银杏，去掉外皮后得到银杏壳，经过粉碎、干燥后得到银杏壳材料；