[发明专利]去除电极材料中金属离子的方法及超级电容器

说明书

本发明涉及一种去除电极材料中金属离子的方法及超级电容器，属于新能源材料技术领域，解决了现有去除金属离子的工艺需要对材料进行反复处理，产生大量的含酸废水，造成极大的环保处理压力，并且现有工艺处理后的电极材料中金属离子的浓度之和过高，无法满足超级电容电极炭材料中金属离子浓度之和小于200ppm的技术要求的问题。去除电极材料中金属离子的方法，包括如下步骤：步骤1：配置水炭浆料；步骤2：采用臭氧接触氧化法对水炭浆料中的原料炭进行表面氧化处理；步骤3：对经过臭氧接触处理后的水炭浆料进行加热处理。本发明通过采用臭氧接触氧化和加热处理的方式实现了将多种金属离子的含量之和去除到小于60ppm的水平。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，尤其涉及一种去除电极材料中金属离子的方法及超级电容器。

背景技术

目前随着对能源的消耗快速增长，各种环境与可持续发展问题日益突出。如果要解决这些问题，能量的储存与能源管理是关键的技术。超级电容器，即双层电容器(EDLC)，是一种电化学储能设备，其所储存的能量远超过了传统的电解电容器。超级电容器可以看作对称的碳-碳电化学电容器，其独特的性能是建立在基于极化电极材料以及其表面吸附的离子层而形成的纳米级电容器。超级电容器能够在极短的时间内进行能量收集，然后根据需要释放能量。在市场应用中，超级电容器主要应用于汽车和静态系统中，能节省10％～40％的能量，将间歇可再生能源接入到混合能源系统时，超级电容在稳定电流方面也发挥了重要的作用。

尽管超级电容器已经投入商业化应用，但还需根据实际需求不断改进，改善现有的电极材料和开发新材料。工业化超级电容主要采用纳米孔碳材料作为电极材料，其具有原料种类丰富、低成本、化学惰性、良好导电性、结构和表面功能多样化等优点。因此对电极碳材料的研究也在不断深入。有不同类型的碳都可以作为超级电容电极的活性材料，其中包括：粉末活性炭、活性碳纤维、碳纳米管及其他纳米碳、碳气凝胶等。还有许多新型的实验室规模的碳材料被尝试作为电极材料，但在工业应用方面，成本和性能是一个碳材料成功的基本因素。目前市场上可买到的活性炭材料包括：木材基活性炭、椰壳活性炭、煤基活性炭等，这些原料来源广泛，价格便宜，但这些炭并不是为储能而生产的，存在很多问题：纯度低、表面基团含量高、粒度分布不均匀，这些缺陷都会导致器件的寿命非常短。需要在现有活性炭材料的基础上，针对超级电容专门开发或改良新的碳材料。

未经任何特殊处理的天然活性炭是不能直接应用于超级电容，其含有杂质，特别是金属离子。金属离子的存在，一方面可能引发其他电化学现象，如会引起短路或产生自放电，另一方面会引起电解液的电解造成器件鼓包，从而缩短电池的寿命或是造成严重的安全隐患。所以，去除微量金属离子是所有超级电容炭材料生产中非常重要的工序。目前工业上处理多采用氧化加酸洗的方法，这一过程用到较大量的氧化剂过氧化氢，硝酸，以及无机酸硫酸、盐酸(EP1176617(2002)for Honda Motor and Kuraray Co.,WO2004011371(2004)for Kuraray Chemical and Honda,US20080201925(2008)for Maxwell Technologies,WO2008106533(2008)for Maxwell Technologies)，为了达到较低的金属离子含量必须对材料进行反复处理，由此会产生大量的含酸废水，造成极大的环保处理压力。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种去除电极材料中金属离子的方法及超级电容器，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有去除金属离子的工艺需要对材料进行反复处理，产生大量的含酸废水，造成极大的环保处理压力；(2)现有工艺处理后的电极材料中金属离子的浓度之和过高，无法满足超级电容电极炭材料中金属离子浓度之和小于200ppm的技术要求。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种去除电极材料中金属离子的方法，包括如下步骤：

步骤1：配置水炭浆料；