[发明专利]一种超级电容器用废旧轮胎热裂解炭黑电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种超级电容器用废旧轮胎热裂解炭黑电极材料的制备方法，以废旧轮胎热裂解炭黑为原料，经复合活化得到的电极材料既保留了材料原有的石墨化程度又增加了部分缺陷。该电极材料具有一定的孔隙结构，提高电极材料与电解液的界面面积，以此获得更高的比电容，达到超级电容器用电极材料的标准。本发明成功实现废旧轮胎热裂解炭黑基超级电容用电极材料的制备，不仅提高了废旧轮胎的资源化利用，还降低了超级电容用电极材料的成本，符合国家绿色发展要求，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种超级电容器用废旧轮胎热裂解炭黑电极材料的制备方法。

背景技术

随着车辆的增加，堆积如山的废弃轮胎已成为“黑色污染”，严重的污染环境，对人们的健康生活造成了影响，回收利用成为亟待解决的问题。轮胎主要由55 ~ 60%的橡胶、30~ 33%的炭黑、6 ~ 9%的有机助剂以及3 ~ 6%的无机助剂组成，废轮胎经热解后可以回收油品、燃气和热裂解炭黑。热裂解炭黑是轮胎热解的关键产物，其品质制约着整个工艺的经济效益性。因此，解决热裂解炭黑的回收利用问题，不仅能提高废旧轮胎的经济效益，而且有利于环境绿色发展，具有重要意义。

由于多年来的能源消耗，许多不可再生能源日益枯竭，人们不得不面临资源短缺的问题，再加之环境问题的日趋严重，研究者们致力于寻找一种新型的清洁能源装置。作为新型储能装置的超级电容器，其具有高功率密度、长循环寿命、大比电容、较宽的充放电温度窗口以及绿色环保等优点，被广泛用于军事、能源、航空等领域，如今已成为各国研究者所关注的热点。

近几年，许多研究学者将废旧轮胎热裂解炭黑用于超级电容器电极材料的研究。如Zhi等先将废轮胎进行热解，随后经过盐酸清洗、磷酸活化、盐酸洗涤，得到比表面积为563 m²/g，孔体积为0.201 cm³/g的活性炭，最后制备成超级电容器，结果显示，在电流密度为1 A/g时，其比电容为80 F/g，并且欧姆电阻率约为0.1 Ω.cm，表现出良好的导电性。Zhao采用稀酸对废轮胎进行灰分处理，在温度为700 ~ 900℃下通过水蒸气对其活化，所得到的活性炭在超级电容器中作为电极材料时，当电流密度为1 A/g，经过循环100圈后，其比电容值保持在90 F/g左右，但水蒸气与炭材料的C反应会生成H₂或其它碳氢化合物，而被炭表面吸附的氢则会逐渐造成活性点堵塞，从而抑制反应的进行，且操作相对复杂。发明专利201810885112.8公开了一种超级电容器用活性炭制备方法，利用二氧化碳在800~1000℃下进行活化，得到的超级电容器活性炭材料其比电容达110~187F/g。但上述方法制备的活化的活性炭比电容相对较低，达不到工业上实际所需要的超级电容器电极材料的标准。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种超级电容器用废旧轮胎热裂解炭黑电极材料的制备方法，解决基于废旧轮胎热裂解炭黑制备电极材料存在比电容相对较低，达不到工业上实际所需要的超级电容器电极材料的标准。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超级电容器用废旧轮胎热裂解炭黑电极材料的制备方法，包括如下步骤：

1）将轮胎热裂解炭黑置于管式炉中，在二氧化碳的气氛下进行第一次活化，待反应结束后，在二氧化碳气体保护下，冷却至室温，取出第一活化产物；

2）将步骤1）得到的第一活化产物中加入KOH混合均匀，然后加入 CTAB溶液，加热至50℃搅拌使其充分均匀混合，待搅拌完成后干燥至无明显溶液存在，再在氮气的气氛下进行第二次活化，待反应结束后，冷却至室温取出第二活化产物，用去离子水洗涤，抽滤并洗去残余的KOH，随后干燥，得到第二活化产物；

3）向步骤2）得到的第二活化产物中加入15 M HNO₃溶液，然后将其置于100~120℃下酸化2~3 h，再将酸化后的产物经洗涤、抽滤和干燥后，即得到所述电极材料。