[发明专利]一种樟树基多孔活性炭及其制备方法和在电化学储能中的应用

说明书

本发明公开了一种樟树基多孔活性炭及其制备方法和在电化学储能中的应用，樟树基多孔活性炭的制备方法是将樟树原料粉末与活化剂一起进行高能球磨处理，高能球磨处理所得产物置于保护气氛下进行炭化处理，即得；樟树基活性炭材料保持了樟树木质纤维原有生物组织及有序孔结构，且比表面积大，传质速度快，将其用于制备钠离子电池负极材料或双电层电容器电极材料，可以获得能量密度高、循环性能较好的钠离子电池或高容量的电容器；且该活性炭的制备成本低、操作简单、生产周期短，满足工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种多孔碳材料，特别涉及一种樟树基多孔活性炭及采用樟树原料通过高能球磨和高温炭化制备樟树基多孔活性炭的方法，还涉及樟树基多孔活性炭作为电极材料在电化学储能中的应用，属于电化学储能材料制备技术领域。

背景技术

多孔碳材料因其高的比表面积，制备容易，微结构易调节，形式多样，以及良好的导电性和电化学稳定性而备受关注，被广泛应用于吸附剂、催化剂载体以及储能方面。目前，活性炭的来源主要是富含碳的有机材料，包括无烟煤、沥青、果壳、农作物的副产物等；其活化方法主要包括物理活化法、化学活化法。其中物理活化是在加热过程中采用氮气、水蒸气、二氧化碳等气体进行活化，化学活化主要是用NaOH、HNO₃、H₃PO₄、Na₂CO₃和ZnCl₂等在较高温度下进行活化。总的来说，活化过程通常分为2步，首先对原材料进行预炭化的过程，然后将预炭化所得的材料与活化剂按一定比例混合均匀后再进一步高温活化。Ding等人使用稻壳做前驱体，先使用硫酸水热活化，然后在400℃下预碳化30min，最后在800℃下使用NaOH、KOH、H₃PO₄活化1h(The production of hydrochar-based hierarchical porouscarbons for use as electrochemical supercapacitor electrode materials,Colloids and Surfaces A:Physicochem.Eng.Aspects,2013,423,104–111)；相对物理活化来说，化学活化所用的时间更短，得到的活性炭比表面积更大。而两步的化学活化方法过程比较繁琐，能耗较大，产率较低。

超级电容器电极材料主要有过渡金属氧化物、导电聚合物以及各种碳基材料。然而，制备这些碳材料往往需要昂贵的、不可再生的原材料，高成本的无机模板，繁杂的制备步骤或长的制备时间与高的能量消耗。生物质多孔活性炭材料可再生、来源广泛且价格低廉，是制备多孔碳材料的首选碳源，也是最具前景的超级电容器电极材料。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的第一个目的在于提供一种比表面大，且具备丰富微孔/介孔结构的樟树基多孔活性炭。

本发明的第二个目的是在于提供一种以樟树为原料通过高能球磨结合高温炭化工艺制备樟树基多孔活性炭的方法，该方法成本低，工艺流程短，易于操控，满足工业化生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种樟树基多孔活性炭的应用，将樟树基多孔活性炭应用于制备钠离子电池负极材料或者双电层电容器电极材料，可以获得高性能钠离子电池及双电层电容器。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于高能球磨辅助制备樟树基多孔活性炭的方法，该方法是将樟树原料粉末与活化剂一起进行高能球磨处理，高能球磨处理所得产物置于保护气氛下进行炭化处理，即得。