[发明专利]用于超级电容器的活性炭材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了用于超级电容器的活性炭材料及其制备方法和应用，活性炭材料由柚核衍生制得，比表面积为38.999‑1187.439m²/g，孔径体积为0.398‑0.616cm³/g；将该活性炭材料用作电化学电容器电极材料，在碱性水溶液中比容量分布在188.03‑845.50F/g之间，表现出优异的电化学储能性能，是良好的电极材料，可进一步开发制备成超级电容器，在电化学储能领域拥有潜在、广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及用于超级电容器的活性炭材料，还涉及该炭材料的制备方法和应用。

背景技术

现今，化石燃料的使用，导致能源日益枯竭且环境污染日益严重。因此，能源危机和环境保护是当今世界各国面临的两大难题，开发清洁、可持续、安全、高效的能量转换和储存设备逐渐成为当今研究的热点之一。其中，超级电容器的研制成功就是能量转换和储存设备的一次历史性的突破。

超级电容器(也称为电化学电容器、双电层电容器)，作为一种新型的储能器件，相比于传统的电容器其具有更高的能量密度；相比于二次电池，又拥有更高的功率密度、充放电效率以及更长久的循环寿命。超级电容器的性能受众多因素的影响，其中一个很重要的因素就是制备电极的材料。在各类电极材料中，炭质材料因其本身具有巨大的比表面积、优良的导电导热性和良好的化学稳定性，且在制备过程中其孔径分布可以调控一系列优势而受到研究者们的广泛关注。目前，根据原料来源的不同，可以将制备多孔炭的原料分为2大类：化石燃料类和生物质类。相比于化石燃料类原材料不可再生、昂贵、对环境污染严重等特点，生物质材料具有来源丰富，成本低，无污染等优点，不仅可以解决超级电容器长久发展的问题，同时还对环境的保护具有重大意义。

柚核为芸香科植物柚(Citrusmaxima(Burm.)Merr.)的种子，含有柠檬苦素及其类似物(主要为柠檬苦素和诺米林等)、类黄酮化合物(主要为柚皮苷等)、油脂脂肪酸类、蛋白质及其他矿物元素等成分。但是采用柚核生物质为前体制备炭材料电极，并应用于超级电容器的研究鲜有报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种用于超级电容器的活性炭材料；本发明的目的之二在于提供用于超级电容器的活性炭材料的制备方法；本发明的目的之三在于提供活性炭材料的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、用于超级电容器的活性炭材料，所述活性炭材料由柚核衍生制得，比表面积为38.999-1187.439m²/g，孔径体积为0.398-0.616cm³/g；更优选的，所述活性炭材料的比表面积为488.999～1188.439m²/g，孔径体积为0.362～0.616cm³/g。最优选的，所述活性炭材料的比表面积为672.756m²/g，孔径体积为0.448cm³/g

所述活性炭材料由柚核粉炭化得到活性粗炭材料前驱体，再用酸去除杂质得到活性粗炭材料，接着用碱活化，最后调至pH值至中性，得到用于超级电容器的活性炭材料。

优选的，所述炭化是将柚核粉在惰性气体保护下，在100-200℃下保温1h，然后继续升温至300-400℃下保温1h，再升温至600-900℃下保温3h，最后冷却。更优选的，升温速率为2～5℃。最优选的，氩气保护下，以3℃/min的速率升温至200℃下保温1h，然后继续以3℃ /min的速率升温至400℃下保温1h，再以3℃/min的速率升温至800℃下保温3h，最后冷却至室温。

优选的，所述酸洗是将得到的活性粗炭材料前驱体用酸溶液浸泡，然后用水充分洗涤，烘干。

本发明中酸可以是盐酸、硫酸、磷酸、醋酸等，优选的，所述酸浸泡是将用质量分数为 10-20％的盐酸、硫酸、磷酸或醋酸浸泡。更优选的，浸泡时间为1～2h，最优的浸泡时间为 1h。