[发明专利]多糖改性活性碳作为超级电容器电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，特别涉及多糖改性活性碳作为超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器具有功率密度高(>10kWkg^-1)、使用寿命长(>10⁵次)和充放电时间短(几十秒)的优点，已经广泛应用于电子设备和混合动力车等领域。随着清洁能源的迅猛发展和汽车性能的不断提高，对于超级电容器电极材料的性能和成本要求越来越高。目前商用的超级电容器电极材料大多是氧化锰体系，虽然氧化锰电极的理论容量高，但是它的循环稳定性差，经过几千次的充放电，它的容量衰减严重，使用寿命较短。而碳基电极材料的使用寿命很长，经过几万次的充放电循环使用，容量依旧保持在90％以上；并且碳材料的导电性好，作为电极材料它具有良好的倍率性能；碳材料化学稳定性好，能都耐酸耐碱，并且无毒，因此具有巨大的电容器电极应用前景。

然而到目前为止，传统的活性碳材料的电容基本在100-200F/g，相对于氧化锰容量较低(～300F/g)。超级电容器由双电层电容器和赝电容组成，双电层电容器的基本原理是表面吸附理论。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，提高碳基电极材料的电容器容量，本发明的目的在于提供多糖改性活性碳作为超级电容器电极材料的制备方法，将多糖进行水热反应制备碳球预处理，随后浸泡吸附氢氧化钾，利用高温退火活化的方式得到等级孔活性碳材料，所得的活性碳材料具有高容量的超级电容器电极材料，具有工艺操作简单、重复性高、成本低廉的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

多糖改性活性碳作为超级电容器电极材料的制备方法，其步骤为：

步骤一：称取0.1-10.0g的多糖加入15-500ml的水热反应釜中，加水至反应釜内容积的1/2-5/6处，搅拌形成澄清透明液；

步骤二：上述澄清透明液在温度为160-200℃的环境下，进行水热反应2-24h，然后过滤获得反应产物，对反应产物分别用水和乙醇各洗3次，然后将反应产物放入烘箱进行低温干燥，获得碳球；

步骤三：称取0.1-20.0g的上述碳球，加入到20-500ml水中，再加入氢氧化钾，搅拌均匀，组成混合液，然后静置6-48h；

步骤四：将上述混合液过滤，对获得的固体产物进行低温干燥，获得干燥产物；

步骤五：将上述干燥产物在惰性气氛下进行煅烧处理，获得煅烧产物；

步骤六：用盐酸清洗上述煅烧产物，除去煅烧产物中残留的钾盐，再用水洗至中性，离心后进行低温干燥，获得多糖改性活性碳材料。

所述多糖包括葡萄糖、蔗糖、红薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、绿豆淀粉和马铃薯淀粉中任意一种。

所述低温干燥是指在温度为50-120℃条件下，干燥3-48h。

所述惰性气氛包括Ar或N₂气氛。

所述煅烧处理是指以2-10℃/min的升温速率进行升温，升温至700-1200℃，煅烧2-12h。

步骤三中，所述氢氧化钾与碳球的质量比为8-20:1。

本发明的工作原理为：

本发明采用水热反应制备碳球，随后浸泡吸附氢氧化钾，高温退火活化的方式得到等级孔多糖改性活性碳材料。

在水热预处理阶段，多糖通过脱氢交联等方式形成碳球。在浸泡吸附阶段，碳球在浸泡在氢氧化钾中，碳球的多孔结构中渗入氢氧化钾。在高温煅烧阶段，氢氧化钾会与碳发生化学反应，形成碳酸钾和二氧化碳等，从而会在碳材料的表面和体相内部造孔，使碳材料在活化过程中发生二次成形，具备等级孔结构。

这种等级孔结构由大量的微孔、介孔和大孔组成，使得活性碳具有很高的比表面积，有利于电解质充分扩散传输，有利于电解质和碳材料重返接触吸脱附，从而会提高活性碳电极的容量和倍率性能。

本发明的有益效果为：

本发明的制备方法具有操作简便易行，可重复性强，成本低，对环境无污染的特点。利用本方法制备的多糖改性活性碳材料具有丰富的等级孔结构，较大的比表面积，作为超级电容器电极材料电极容量高达510F/g。

附图说明

图1是本发明的实施例1到实施例4中制备的活性碳材料的XRD图。

图2是本发明的实施例1到实施例4中制备的碳球和活性碳材料的SEM图。其中图2(a)为水热反应得到的碳球的SEM图；图2(b)为经过氢氧化钾高温活化得到的多糖改性碳材料的SEM图。

图3是本发明的实施例1到实施例4中制备的多糖改性活性碳作为超级电容器电极的容量图。