高体积比容量煤基超级电容器电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及超级电容器电极材料技术领域，是一种高体积比容量煤基超级电容器电极材料及其制备方法，该高体积比容量煤基超级电容器电极材料，按照下述步骤得到：将煤炭粉碎得到煤粉，将煤粉与氧化剂进氧化处理，得到氧化煤；将氧化煤与氢氧化钾混合，得到混合物；将得到的混合物压实，对压实混合物进行炭化处理，得到炭化样品；炭化样品经洗涤、烘干，得到该电容器电极材料。本发明专利技术使用来源广泛的煤炭作为原料，通过简单、通用的压实活化法，制备了具有高表观密度、高比表面积和高体积比容量的多孔炭材料，本发明专利技术具有优异的快速充放电性能，解决了超级电容器电极材料体积比容量不高的问题，为煤的清洁、高效利用提供了思路。

【技术实现步骤摘要】
高体积比容量煤基超级电容器电极材料及其制备方法
本专利技术涉及超级电容器电极材料
，是一种高体积比容量煤基超级电容器电极材料及其制备方法。
技术介绍
超级电容器由于具有能量密度高、循环性能优异、价格低廉以及环境友好等优点而受到研究者的青睐。电极材料是超级电容器的核心，高性能电极材料的研发是相关领域的研究重点。目前，应用最多的超级电容器的电极材料当属多孔炭材料。通常方法制备的炭材料具有大比表面积和高质量比容量，但其表观密度较小，导致体积比容量不高。而消费类电子产品及电动汽车要求储能器件尽可能在一个相对有限的空间释放能量，因此制备兼顾高质量比容量和高体积比容量的电容材料显得尤为重要。材料体积比容量计算公式为Cv=Cm×ρ，其中Cm为材料的质量比容量，ρ为材料表观密度。可见，提高电极材料的表观密度ρ、降低材料孔隙率是提高其比容量行之有效的手段。然而降低孔隙率会导致材料比表面积和孔隙率下降、储能活性位点和离子迁移通道减少。这不仅使材料的Cm大幅度下降，导致其体积比容量仍然不高，而且还会牺牲材料的快速充放电能力。由此可见，提高电极材料的体积比容量需要从材料的综合物性着手，平衡孔隙率与表观密度之间的矛盾关系，合理设计材料的微观形貌和孔结构分布，制备既具有高质量比容量Cm，又具有高表观密度ρ的电极材料。这仍然是该领域的研究热点和挑战。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高体积比容量煤基超级电容器电极材料及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有超级电容器电极材料体积比容量不高的问题。本专利技术的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种高体积比容量煤基超级电容器电极材料，按照以下步骤得到：第一步，将煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉，将煤粉与氧化剂进行氧化反应，得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤与氢氧化钾按1:0至4的质量比例混合均匀，得到混合物；第三步，将得到的混合物压实，以氮气作为保护气，对压实混合物进行炭化处理，以5℃/min的速度程序升温，由室温升到500℃至1200℃，得到炭化样品；第四步，炭化样品经去离子水洗涤，至洗涤液为中性时，将洗涤后的炭化样品烘干，得到高体积比容量煤基超级电容器电极材料。下面是对上述专利技术技术方案之一的进一步优化或/和改进：上述氧化剂为浓硫酸和浓硝酸的混合溶液，其中，混合溶液中，浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1。上述将得到的混合物压实时，压力为0.1MPa至40MPa。上述筛分处理时使用200目的筛分仪器。本专利技术的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种高体积比容量煤基超级电容器电极材料的制备方法，按照下述步骤进行：第一步，将煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉，将煤粉与氧化剂进行氧化反应，得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤与氢氧化钾按1:0至4的质量比例混合均匀，得到混合物；第三步，将得到的混合物压实，以氮气作为保护气，对压实混合物进行炭化处理，以5℃/min的速度程序升温，由室温升到500℃至1200℃，得到炭化样品；第四步，炭化样品经去离子水洗涤，至洗涤液为中性时，将洗涤后的炭化样品烘干，得到高体积比容量煤基超级电容器电极材料。下面是对上述专利技术技术方案之二的进一步优化或/和改进：上述氧化剂为浓硫酸和浓硝酸的混合溶液，其中，混合溶液中，浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1。上述将得到的混合物压实时，压力为0.1MPa至40MPa。上述筛分处理时使用200目的筛分仪器。本专利技术使用来源广泛的煤炭作为原料，通过简单、通用的压实活化法，制备了具有高表观密度、高比表面积和高体积比容量的多孔炭材料，本专利技术具有优异的快速充放电性能，解决了超级电容器电极材料体积比容量不高的问题，为煤的清洁、高效利用提供了思路。具体实施方式本专利技术不受下述实施例的限制，可根据本专利技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本专利技术中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本专利技术中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本专利技术中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液；本专利技术中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度，一般定义为25℃。下面结合实施例对本专利技术作进一步描述：实施例1：该高体积比容量煤基超级电容器电极材料，其特征在于按照下述步骤得到：第一步，将煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉，将煤粉与氧化剂进行氧化反应，得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤与氢氧化钾按1:0至4的质量比例混合均匀，得到混合物；第三步，将得到的混合物压实，以氮气作为保护气，对压实混合物进行炭化处理，以5℃/min的速度程序升温，由室温升到500℃至1200℃，得到炭化样品；第四步，炭化样品经去离子水洗涤，至洗涤液为中性时，将洗涤后的炭化样品烘干，得到高体积比容量煤基超级电容器电极材料。现有公知材料体积比容量计算公式为Cv=Cm×ρ，其中Cm为材料的质量比容量，ρ为材料表观密度。本专利技术得到的高体积比容量煤基超级电容器电极材料，表观密度为0.70g/m3至1.0g/m3；比表面积为1700g/m2至1800g/m2；总孔体积为0.6g/m3至0.9g/m3；微孔体积0.6g/m3至0.8g/m3；在1A/g的电流密度下，质量比容量为F/g200至300F/g；在1A/g的电流密度下，体积比体积比容量为150F/cm3至300F/cm3；快速充放电性能：在50A/g的电流密度下，体积比容量保持率可以达到1A/g的电流密度下的50%以上。实施例2：该高体积比容量煤基超级电容器电极材料，其特征在于按照下述步骤得到：第一步，将煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉，将煤粉与氧化剂进行氧化反应，得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤与氢氧化钾按1:0.1或3的质量比例混合均匀，得到混合物；第三步，将得到的混合物压实，以氮气作为保护气，对压实混合物进行炭化处理，以5℃/min的速度程序升温，由室温升到500℃或1200℃，得到炭化样品；第四步，炭化样品经去离子水洗涤，至洗涤液为中性时，将洗涤后的炭化样品烘干，得到高体积比容量煤基超级电容器电极材料。实施例3：作为上述实施例的优化，氧化剂为浓硫酸和浓硝酸的混合溶液，其中，混合溶液中，浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1。实施例4：作为上述实施例的优化，将得到的混合物压实时，压力为0.1MPa至40MPa。使用液压机将混合物压实，液压机的压力为0.1MPa至40MPa。实施例5：作为上述实施例的优化，筛分处理时使用200目的筛分仪器。煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉均为200目以下的细煤粉。实施例6：该高体积比容量煤基超级电容器电极材料，其特征在于按照下述步骤得到：第一步，将煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉，将煤粉与氧化剂进行氧化反应，得到氧化煤；第二步，将1.0g的氧化煤与1.0g的氢氧化钾混合均匀，得到混合物；第三步，将得到的混合物压实，将得到的混合物压实时，压力为0.1MPa至40MPa为3MPa，以氮气作为保护气，对压实混合物进行炭化处理，以5℃/min的速度程序升温，由室温升至600℃，得到炭化样品；第四步，炭化样品经去离子水洗涤，至洗涤液为中性时，将洗涤后的炭化样品烘干，得到高体积比容量煤基超级电容器电极材料。实施例7：该高体积比容量煤基超级电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高体积比容量煤基超级电容器电极材料，其特征在于按照下述步骤得到：第一步，将煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉，将煤粉与氧化剂进行氧化反应，得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤与氢氧化钾按1:0至4的质量比例混合均匀，得到混合物；第三步，将得到的混合物压实，以氮气作为保护气，对压实混合物进行炭化处理，以5℃/min的速度程序升温，由室温升到500℃至1200℃，得到炭化样品；第四步，炭化样品经去离子水洗涤，至洗涤液为中性时，将洗涤后的炭化样品烘干，得到高体积比容量煤基超级电容器电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种高体积比容量煤基超级电容器电极材料，其特征在于按照下述步骤得到：第一步，将煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉，将煤粉与氧化剂进行氧化反应，得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤与氢氧化钾按1:0至4的质量比例混合均匀，得到混合物；第三步，将得到的混合物压实，以氮气作为保护气，对压实混合物进行炭化处理，以5℃/min的速度程序升温，由室温升到500℃至1200℃，得到炭化样品；第四步，炭化样品经去离子水洗涤，至洗涤液为中性时，将洗涤后的炭化样品烘干，得到高体积比容量煤基超级电容器电极材料。2.根据权利要求1所述的高体积比容量煤基超级电容器电极材料，其特征在于氧化剂为浓硫酸和浓硝酸的混合溶液，其中，混合溶液中，浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1。3.根据权利要求1或2所述的高体积比容量煤基超级电容器电极材料，其特征在于将得到的混合物压实时，压力为0.1MPa至40MPa。4.根据权利要求1所述的高体积比容量煤基超级电容器电极材料，其特征在于筛分处理时使用200目的筛分仪器。5.一种根据权利要求1所述的高体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张苏，朱家瑶，王鲁香，贾殿赠，贾丽霞，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65