本发明专利技术公开了一种软模板法制备超级电容器用蜂窝状多孔炭的方法，属于炭材料制备技术领域。本发明专利技术以煤沥青为碳源，三聚氰胺为软模板协同氢氧化钾活化，通过一步加热法直接制备超级电容器用蜂窝状多孔炭。本发明专利技术软模板分解后形成的产物转变为多孔炭的一部分，不需要用酸进行洗涤，减小了洗涤水造成的污染。本发明专利技术制备的蜂窝状多孔炭电极材料，在6mol/L KOH电解液中放电时，初始压降很低，说明内阻小、导电性好；当电流密度为0.05A/g时，其比容达221F/g，电流密度增大到20A/g时，其比容达179F/g，比容保持率为81.0％，显示了很高的容量和优异的速率性能。本发明专利技术具有工艺简单、成本低、环境友好等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于炭材料制备
，具体涉及。
技术介绍
超级电容器因具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点而备受人们关注。根据储能机制的不同，可以将超级电容器分为两类:一类是双电层电容器，储电机理为在电极和电解液界面形成双电层，这类超级电容器具有功率密度高、循环寿命长的优点；另一类是氧化还原电容器，储电机理为在炭材料的表面发生电化学吸附或氧化还原反应，这类超级电容器具有高的能量密度。超级电容器的电化学性能主要取决于电极材料。多孔炭具有比表面积高、化学性能稳定、电导率高等优点，是备受人们青睐的超级电容器用电极材料。煤沥青含有大量的芳香烃化合物，受热易液化，具有很强的可塑性，固定碳含量较高(达57.5%)而灰分含量较低(约0.16%)，是制备多孔炭的首选碳源。模板法是制备多孔炭的常见方法，可分为硬模板法和软模板法。常用的硬模板有纳米金属盐类和纳米金属氧化物等。这类纳米级硬模板不仅合成条件苛刻、成本高，而且，硬模板的去除需要大量的酸洗涤，硬模板回收较难，且洗涤废水会带来环境污染问题。软模板主要以分子内或者分子间的作用力维持特定结构，受热易分解，常用的软模板有生物大分子或表面活性剂等。相对来说，软模板法合成过程简单、软模板在分解后形成的产物有很大一部分转化为炭材料的一部分，不需要用酸进行洗涤去除软模板，故软模板法具有成本低、无污染等优点。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术以煤沥青为碳源，三聚氰胺为软模板协同氢氧化钾活化，利用煤沥青易软化的特性，对三聚氰胺进行包裹，通过一步加热法直接制备超级电容器用蜂窝状多孔炭，该方法具有环境友好、成本低、可实现煤沥青高附加值利用的优点，同时该方法也未见报道。本专利技术提出。该方法具体步骤如下:(1)反应物的预处理:将煤沥青放入研钵，加入三聚氰胺研磨混合均匀，再加入已研磨成粉的氢氧化钾，三者混合均匀，得反应物。其中，煤沥青和三聚氰胺质量比介于1/7?3/1之间，煤沥青与氢氧化钾的质量比介于1/16?3/8之间；(2)蜂窝状多孔炭的制备:把步骤(1)得到的反应物放入刚玉舟中，然后将所述刚玉舟置于管式炉内，通入氮气将管式炉内的空气排净，以5°C/min的升温速率将管式炉加热至150°C，恒温30min，继续以相同的升温速率将管式炉加热至800°C，恒温60min，反应结束后自然降至室温，将得到的产物取出、研磨粉碎后，经酸洗、蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到蜂窝状多孔炭。作为一种优化，所述煤沥青的质量为4g，三聚氰胺的质量为4g，氢氧化钾的质量为16g0该专利技术是以煤沥青为碳源，以三聚氰胺为软模板协同氢氧化钾活化，将三种原料混合均匀后转移至刚玉舟中，置于管式炉内，采用常规加热，直接制得超级电容器用蜂窝状多孔炭。本专利技术制备的蜂窝状多孔炭电极材料，在6mol/L Κ0Η电解液中，电流密度为0.05A/g时，其比容达221F/g;电流密度增大到20A/g时，其比容达179F/g，比容保持率为81.0%，显示了很高的容量和优异的速率性能。所制备的蜂窝状多孔炭电极材料，在6mo 1 /L Κ0Η电解液中，电流密度为0.05A/g时，初始压降仅为0.00087V，说明内阻小，导电性好。本专利以煤沥青为碳源，分别以三聚氰胺和氢氧化钾作为软模板和活化剂，直接制备超级电容器用蜂窝状多孔炭，具有工艺简单、原料廉价易得、成本低、环境友好等优点。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:1、以三聚氰胺作为软模板，软模板价廉易得，且软模板分解后部分转变为炭材料，不需要用酸进行洗涤去除，减少了洗涤水的污染，具有成本低、环境友好等优点；2、所制备的蜂窝状多孔炭具有三维的空间网状结构，这种结构有助于电解液离子在孔中的快速扩散；3、所制备的蜂窝状多孔炭电极材料，在6mo 1 /L Κ0Η电解液中，在0.05A/g电流密度下，其比容达221F/g;在20A/g电流密度下，其比容保持为179F/g，显示了很高的容量和优异的速率性能；4、所制备的蜂窝状多孔炭电极材料，在6mol/L Κ0Η电解液中，电流密度为0.05A/g时，初始压降仅为0.00087V，说明内阻小，导电性好。【附图说明】图1为本专利技术实施例3制备的蜂窝状多孔炭的场发射扫描电镜照片。图2为本专利技术实施例4制备的蜂窝状多孔炭的场发射扫描电镜照片。图3为本专利技术实施例1、2、3、4制备的蜂窝状多孔炭电极材料在6mol/LΚ0Η电解液中，在0.05A/g的电流密度下的充放电曲线。图4为本专利技术实施例1、2、3、4制备的蜂窝状多孔炭电极材料在6mol/LΚ0Η电解液中，不同电流密度下的比容。【具体实施方式】为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明，但是本专利技术要保护的范围并不局限于实施例说明的范围，应当理解成事例性的，本领域的技术人员可以在不违背本专利技术精神和范围的基础上进行改变和修改，所有这些改变和修改包括在本专利技术范围内。实施例1蜂窝状多孔炭HPCV7的具体制备过程如下:(1)反应物的预处理:称取lg煤沥青放入研钵，加入7g三聚氰胺研磨混合均勾，再加入16g氢氧化钾粉末，三者混合均匀，得到反应物。(2)蜂窝状多孔炭的制备:把步骤(1)得到的反应物放入刚玉瓷舟中，然后将所述刚玉舟置于管式炉内，以60mL/min的流量通入氮气将管式炉内的空气排净，采用常规加热，以5°C/min的升温速率将管式炉加热至150°C，恒温30min，继续以相同的升温速率将管式炉加热至800°C，恒温60min，反应结束后自然降至室温，然后将得到的产物取出，研磨粉碎后放入烧杯中，加入少量的2mol/L稀盐酸，超声震荡lh，再用磁力搅拌器在室温下搅拌3h，然后用70?80°C的蒸馏水洗涤至滤液的pH值为中性，将洗涤后的样品置于干燥箱内于110°C恒温干燥24h后研磨过325目筛，得到蜂窝状多孔炭。所得蜂窝状多孔炭标记为HPCv^HPCvy用作超级电容器电极材料，在6mol/L KOH电解液中，在0.05A/g电流密度下，HPCV7的比容为81F/g;在20A/g电流密度下，HP&/7的比容为50F/g。实施例2蜂窝状多孔炭HPC2/6的具体制备过程如下:(1)反应物的预处理:按照与实施例1中的步骤(1)同样的方法实施。不同之处在于，煤沥青的质量为2g，三聚氰胺的质量为6g。(2)蜂窝状多孔炭的制备:按照与实施例1中的步骤(2)同样的方法实施。所得蜂窝状多孔炭标记为HPC2/6(3HPC2/6用作超级电容器电极材料，在6mol/L Κ0Η电解液中，在0.05A/g电流密度下，HPC2/6的比容为179F/g;在20A/g电流密度下，HPC2/6的比容为136F/g。实施例3蜂窝状多孔炭HPC4/4的具体制备过程如下:(1)反应物的预处理:按照与实施例1中的步骤(1)同样的方法实施。不同之处在于，煤沥青的质量为4g，三聚氰胺的质量为4g。 (2)蜂窝状多孔炭的制备:按照与实施例1中的步骤(2)同样的方法实施。所得蜂窝状多孔炭标记为HPC4/4JPC4/4用作超级电容器电极材料，在6mol/L Κ0Η电解液中，在0.05A/g电流密度下，HPC4/4的比容为221F/g;在20A/g电流密度下，HPC4/4的比容为179F/g。实施例4蜂窝状多孔炭HPC6/本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种软模板法制备超级电容器用蜂窝状多孔炭的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：(1)反应物的预处理：将煤沥青放入研钵，加入三聚氰胺研磨混合均匀，再加入已研磨成粉末的氢氧化钾，三者混合均匀，得到反应物；其中，煤沥青和三聚氰胺质量比介于1/7～3/1之间，煤沥青与氢氧化钾的质量比介于1/16～3/8之间；(2)蜂窝状多孔炭的制备：把步骤(1)得到的反应物放入刚玉舟中，然后将所述刚玉舟置于管式炉内，通入氮气将管式炉内的空气排净，以5℃/min的升温速率将管式炉加热至150℃，恒温30min，继续以相同的升温速率将管式炉加热至800℃，恒温60min，反应结束后自然降至室温，将得到的产物取出、研磨粉碎后，经酸洗、蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到蜂窝状多孔炭。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何孝军，余欢欢，范梁威，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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