一种稻壳基电容炭材料的改性方法技术

本发明专利技术目的在于提供一种稻壳基电容炭材料的改性方法。它针对使用稻壳基电容炭的超级电容器自放电率大的问题，对稻壳基电容‑炭的制备方法进行改进，降低稻壳基电容炭超级电容器的自放电率。本发明专利技术采用简单的热处理改性方法，具有操作方便、绿色环保的特点，利于工业推广。

A Modification Method of Rice Husk-based Capacitive Carbon Material

The invention aims to provide a modification method of rice husk based capacitive carbon material. In order to solve the problem of high self-discharge rate of rice hull-based capacitor carbon, the preparation method of rice hull-based capacitor carbon was improved to reduce the self-discharge rate of rice hull-based capacitor carbon supercapacitor. The invention adopts a simple heat treatment modification method, has the characteristics of convenient operation, green and environmental protection, and is beneficial to industrial popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种稻壳基电容炭材料的改性方法
本专利技术属于超级电容器领域，涉及到一种稻壳基电容炭材料的改性方法。
技术介绍
超级电容器是介于二次电池与传统电容器之间的一种新型、高效的储能装置，具有功率密度大、充放电效率高、循环寿命长等特点，近来年受到广泛重视并得到了快速发展。活性炭是一类用于超级电容器的重要材料，具有比表面积大、原料来源广泛、价格低廉、工艺成熟、性能稳定等优点。然而不同孔隙结构特点的活性炭性能不同。例如以微孔为主的活性炭材料，虽然具有高的比表面积，但是其丰富的微孔表面在大电流充放电时难以得到完全利用，从而限制了其用于超级电容器的功率特性；以介孔为主的活性炭材料，虽然其孔道结构有利于电解质离子的传输，可以表现出优异的功率特性，但介孔炭比表面积较低，从而导致其比电容减小，限制了超级电容器的能量密度。亦即单一孔道结构的活性炭材料难以满足对超级电容器性能越来越高的要求。近10多年来，多级孔碳材料在超级电容器中的应用引起关注(Adv.Mater.2006,18(16),2073-94)。多级孔道结构的碳材料同时具有两级或两级以上复合孔(例如微孔-介孔，介孔-大孔，微孔-大孔，微孔-介孔-大孔)，可以综合各种孔的优点，因此多级孔道的碳材料不仅拥有高的比表面积而且具有发达的多级孔隙结构，其在扩散、传质等方面展现了优于单一孔道结构碳材料的特性，当用于超级电容器时可以表现出优异的功率特性和高的能量密度。中国专利CN104150461A公开了一种具有多级孔道结构的稻壳基电容炭材料的绿色制备方法，利用稻壳中的二氧化硅为模板，通过炭化、碱煮、活化制备具有多级孔道结构的活性炭材料，可以用于水溶液或有机体系超级电容器，制得的电极材料在KOH、H2SO4、Na2SO4等水系电解液以及TEA-BF4等有机电解液中具有优良的比电容和功率特性。然而，这种方法制备的稻壳基电容炭用于超级电容器会出现严重的自放电问题。超级电容器的自放电是指当超级电容器不连接到充电电路或电器负载时所发生的超级电容器两端电压逐渐降低的现象。因此，这种自放电问题大大限制了稻壳基电容炭材料的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稻壳基电容炭材料的改性方法，采用简单的热处理方法，对稻壳基电容炭的制备方法进行改进，制备了改性稻壳基电容炭，降低了稻壳基电容炭超级电容器的自放电率。本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种稻壳基电容炭材料的改性方法，其特征包括以下步骤：(1)将稻壳清洗、干燥、研磨；(2)将上述步骤(1)中处理后的稻壳隔绝空气或在氮气条件下炭化，控制炭化温度为400-700℃，得到炭化物；(3)将上述步骤(2)得到的炭化物与浓度为2-10％的氢氧化钠溶液按1:1-10的质量比混合，控制反应温度90-150℃，加热1-3h，过滤，洗涤，干燥得模板碳；(4)将上述步骤(3)中得到的模板碳与1molL-1强碱氢氧化钠或者氢氧化钾按1:(1-6)质量比混合均匀，控制反应温度600-900℃，升温速度5-15℃/min，反应时间0.5-4h，得到活化产物；(5)将上述步骤(4)得到的活化产物用90-100℃的热水浸泡，浸泡时间0.5-2h，过滤，洗涤至中性，干燥后得稻壳基电容炭；(6)将上述步骤(5)得到的稻壳基电容炭粉碎至粒径为微米级；(7)将上述步骤(6)得到的粒径为微米级的稻壳基电容炭在一定温度下烧结，控制升温速度、烧结温度和烧结时间，最终得到改性稻壳基电容炭。所述步骤(6)中，稻壳基电容炭的粒径为6-18微米。所述步骤(7)中，升温速率为2-10℃/min，烧结温度为650-1000℃，烧结时间为0.5-2h。所述步骤(7)中，得到的改性稻壳基电容炭比表面积为1500-2000m2/g，可以用于有机体系的超级电容器。有益效果：本专利技术针对使用稻壳基电容炭的超级电容器自放电率大的问题，采用简单的热处理方法对稻壳基电容炭的制备方法进行改进，得到的改性稻壳基电容炭保留着多级孔道结构，比表面积为1817.97～1933.70m2/g，可以用于有机体系双电层超级电容器，除了保持良好的比电容和功率特性外，在一定程度上解决了超级电容器自放电率高的问题，制备过程简单，绿色无污染，有利于工业化推广应用。附图说明图1是稻壳基电容炭与改性稻壳基电容炭材料的扫描电镜图；图2是由本专利技术实施例1制备的改性稻壳基电容炭组装的双电层超级电容器在有机电解液中不同扫速下的循环伏安曲线；图3是由本专利技术实施例1制备的改性稻壳基电容炭组装的双电层超级电容器在有机电解液中得到的电流密度与比电容的关系曲线；图4是本专利技术实施例1制备的改性稻壳基电容炭在有机电解液中的能量密度和功率密度曲线。图5是本专利技术实施例1制备的稻壳基电容炭与改性稻壳基电容炭组装的双电层超级电容器的自放电曲线。具体实施方式以下结合实例对本专利技术作进一步说明。实施例1(1)将稻壳清洗、干燥、研磨；(2)将上述步骤(1)中的稻壳在氮气保护下500℃炭化1h，得到炭化物；(3)将上述步骤(2)得到的炭化物与浓度为2％的氢氧化钠溶液按质量体积比为1:3混合，控制温度为100℃，加热2h，过滤，洗涤至pH7，干燥得模板碳，(4)将上述步骤(3)中得到的模板碳与1molL-1强碱氢氧化钠按1:3质量比混合均匀，控制反应温度750℃，升温速度10℃/min，反应时间1h，得到活化产物；(5)将上述步骤(4)得到的活化产物用90℃的热水浸泡，浸泡时间2h，过滤，洗涤至中性，干燥后得稻壳基电容炭；(6)将上述步骤(5)得到的稻壳基电容炭粉碎至8-12微米颗粒；(7)将上述步骤(6)得到的稻壳基电容炭颗粒在一定温度下烧结，升温速率为5℃/min，烧结温度为800℃，烧结时间为1h，得到改性稻壳基电容炭，比表面积1880.90m2/g，组装成有机体系双电层超级电容器，在1mol/LEt4NBF4(四氟硼酸四乙基铵)电解质盐+PC(碳酸丙烯酯)溶剂的有机电解液中制得的双电层超级电容器比能量为31.4Whkg-1，比功率为310.6Wkg-1，自放电率为0.0175V/h。实施例2(1)将稻壳清洗、干燥、研磨；(2)将上述步骤(1)中的稻壳在氮气保护下500℃炭化1h，得到炭化物；(3)将上述步骤(2)得到的炭化物与浓度为2％的氢氧化钠溶液按质量体积比为1:3混合，控制温度为100℃，加热2h，过滤，洗涤至pH7，干燥得模板碳，(4)将上述步骤(3)中得到的模板碳与1molL-1强碱氢氧化钠按1:3质量比混合均匀，控制反应温度750℃，升温速度10℃/min，反应时间1h，得到活化产物；(5)将上述步骤(4)得到的活化产物用90℃的热水浸泡，浸泡时间2h，过滤，洗涤至中性，干燥后得稻壳基电容炭；(6)将上述步骤(5)得到的稻壳基电容炭粉碎至8-12微米颗粒；(7)将上述步骤(6)得到的稻壳基电容炭颗粒在一定温度下烧结，升温速率为10℃/min，烧结温度为700℃，烧结时间为1h，得到改性稻壳基电容炭，比表面积1817.97m2/g，组装成有机体系双电层超级电容器，在1mol/LEt4NBF4(四氟硼酸四乙基铵)电解质盐+PC(碳酸丙烯酯)溶剂的有机电解液中制得的双电层超级电容器比能量为30.4Whkg-1，比功率为310.9Wkg-1，自放电率为0.018本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稻壳基电容炭材料的改性方法，其特征包括以下步骤：(1)将稻壳清洗、干燥、研磨；(2)将上述步骤(1)中处理后的稻壳隔绝空气或在氮气条件下炭化，控制炭化温度为400‑700℃，得到炭化物；(3)将上述步骤(2)得到的炭化物与浓度为2‑10％的氢氧化钠溶液按1:1‑10的质量比混合，控制反应温度90‑150℃，加热1‑3h，过滤，洗涤，干燥得模板碳；(4)将上述步骤(3)中得到的模板碳与1mol L‑1强碱氢氧化钠或者氢氧化钾按1:(1‑6)质量比混合均匀，控制反应温度600‑900℃，升温速度5‑15℃/min，反应时间0.5‑4h，得到活化产物；(5)将上述步骤(4)得到的活化产物用90‑100℃的热水浸泡，浸泡时间0.5‑2h，过滤，洗涤至中性，干燥后得稻壳基电容炭；(6)将上述步骤(5)得到的稻壳基电容炭粉碎至粒径为微米级；(7)将上述步骤(6)得到的粒径为微米级的稻壳基电容炭在一定温度下烧结，控制升温速度、烧结温度和烧结时间，最终得到改性稻壳基电容炭。

【技术特征摘要】
1.一种稻壳基电容炭材料的改性方法，其特征包括以下步骤：(1)将稻壳清洗、干燥、研磨；(2)将上述步骤(1)中处理后的稻壳隔绝空气或在氮气条件下炭化，控制炭化温度为400-700℃，得到炭化物；(3)将上述步骤(2)得到的炭化物与浓度为2-10％的氢氧化钠溶液按1:1-10的质量比混合，控制反应温度90-150℃，加热1-3h，过滤，洗涤，干燥得模板碳；(4)将上述步骤(3)中得到的模板碳与1molL-1强碱氢氧化钠或者氢氧化钾按1:(1-6)质量比混合均匀，控制反应温度600-900℃，升温速度5-15℃/min，反应时间0.5-4h，得到活化产物；(5)将上述步骤(4)得到的活化产物用90-100℃的热水浸泡，浸泡时间0.5-2h，过滤，洗涤至中性，干燥后...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海波，肖程元，陆海彦，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22