多孔碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电极材料制备领域，公开了多孔碳材料及其制备方法和应用。所述制备多孔碳材料的方法包括：(1)使铝源和有机酸在表面活性剂的存在下进行反应，得到含铝配合物；(2)将得到的含铝配合物于真空或惰性气氛中进行焙烧，得到含有Al

Porous carbon material and its preparation and Application

The invention relates to the field of electrode material preparation, and discloses porous carbon material, preparation method and application thereof. The method for preparing porous carbon material includes: (1) reacting aluminum source and organic acid in the presence of surfactant to obtain aluminum containing complex; (2) roasting the aluminum containing complex in vacuum or inert atmosphere to obtain aluminum containing complex

【技术实现步骤摘要】
多孔碳材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电极材料制备领域，具体涉及多孔碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
当前由于煤、石油、天然气等传统化石能源的大量使用，能源储量不断减少，环境问题日益严重，新型能源不断发展。然而使用新型能源仍然存在诸多限制，例如使用新型能源发电并不能直接并网，因此新型储能设备应运而生，其中应用广泛的是二次电池和超级电容器，广泛应用于混合动力电动汽车，新型能源汽车有望成为替代燃油汽车成为了人们出行的清洁交通工具。然而电动汽车的发展存在技术壁垒，主要包括：(一)当前电池储能密度不能满足汽车长久的行驶；(二)充电时间比较久，不如燃油车加油方便，存在诸多不便事宜；(三)电池寿命比较短。因此开发安全高性能的二次电池和超级电容器成为实现电动车广泛使用的基础条件。开发电极材料是突破电动车技术壁垒的重中之重。多孔碳材料比表面积大、导电性高、稳定性高、环境友好、成本低成为了理想的超级电容器电极材料。现在商业化最高的多孔碳材料是JP17，但是孔结构不均匀，大孔居多，因此比容量较低。不同的孔道具有不同的作用，微孔能够大大增加比表面积，增加活性位点，介孔和大孔有利于电解液的快速传递，因此现在研究杂合的孔结构的多孔碳更加有利于超级电容器电化学性能的提升。制备具有杂合结构多孔碳的方法主要有模板法和活化法，模板法制备过程复杂，炭化过程容易对孔道造成影响，高温使孔道坍塌。活化法比较简单，无污染，但是产率较低，不适合大规模生产。因此开发简单易操作、产率较高且性能优异的多孔碳材料的制备方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的操作过程复杂、产率较低和性能较差的问题，提供多孔碳材料及其制备方法和应用。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种制备多孔碳材料的方法，该方法包括以下步骤：(1)使铝源和有机酸在表面活性剂的存在下进行反应，得到含铝配合物；(2)将得到的含铝配合物于真空或惰性气氛中进行焙烧，得到含有Al2O3和C的多孔复合材料；(3)使用活化液浸泡得到的多孔复合材料。本专利技术第二方面提供了由上述方法制得的多孔碳材料。本专利技术第三方面提供了上述多孔碳材料在电极材料中的应用。本专利技术第四方面提供了一种电容器，该电容器的电极材料为上述多孔碳材料。通过上述技术方案，本专利技术获得了形貌规整、尺寸均一的多孔碳材料，产率较高，且用作超级电容器的电极材料时能够明显提高电容器的循环容量和使用寿命。附图说明图1是根据本专利技术一种实施方式而获得的多孔碳材料的扫描电子显微镜照片；图2是根据本专利技术一种实施方式而获得的多孔碳材料的恒流充放电示意图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。首先，本专利技术提供了一种制备多孔碳材料(活性炭)的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)使铝源和有机酸在表面活性剂的存在下进行反应，得到含铝配合物；(2)将得到的含铝配合物于真空或惰性气氛中进行焙烧，得到含有Al2O3和C的多孔复合材料；(3)使用活化液浸泡得到的多孔复合材料。本专利技术中，各个原料中铝源、有机酸和表面活性剂的重量比优选为1：(0.3-5)：(0.5-3)，更优选为1：(0.6-1.1)：(0.6-1.5)，进一步优选为1：(0.7-0.9)：(0.7-0.9)。本专利技术中，对各个原料的具体种类没有特别的要求，优选地，所述铝源为水溶性铝盐(卤化物、无机酸盐、C1-C3的有机酸盐等)和/或铝的氢氧化物，更优选为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、氢氧化铝、碘化铝和乙酸铝的中的至少一种。其中，所述乙酸铝意指中性三乙酸铝(Al(C2H3O2)3)、碱性二乙酸铝(HOAl(C2H3O2)2)和碱性单乙酸铝((HO)2AlC2H3O2)中的任意一种。优选地，所述有机酸可以为本领域常见的有机酸源(也即溶于水后能够电离产生有机酸的有机酸或有机酸盐)，优选为二元酸和/或多元酸，更优选为对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、苯甲酸、均苯三甲酸和邻苯二甲酸中的至少一种。根据一种特别优选的实施方式，所述铝源为硝酸铝，所述有机酸为均苯三甲酸。优选地，所述表面活性剂可以为本领域的常规选择，可以为非离子表面活性剂，也可以为阳离子表面活性剂，还可以为阴离子表面活性剂，优选为十八烷基二甲基苄基氯化铵、阳离子聚丙烯酰胺、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、乙二醇、二乙醇胺、聚乙二醇和亚乙基亚胺中的至少一种。本专利技术中，步骤(1)中的反应可以在常规的条件下进行，只要能够得到含铝配合物即可。但优选情况下，步骤(1)中反应的温度为50-210℃，反应的时间为7-24h。更优选地，步骤(1)中反应的温度为80-160℃，反应的时间为8-15h。进一步优选地，步骤(1)中反应的温度为100-150℃，反应的时间为8-12h。本专利技术中，步骤(1)的反应之后，可以干燥反应后的物料，再将其用于焙烧。本专利技术中，步骤(2)中的焙烧可以在常规的条件下进行，只要能够得到含有Al2O3和C的多孔复合材料即可。但优选情况下，步骤(2)中焙烧的温度为400-1200℃，焙烧的时间为0.5-8h。更优选地，步骤(2)中焙烧的温度为450-1000℃，焙烧的时间为1-5h。根据本专利技术一种特别优选的实施方式，步骤(2)中焙烧的方式为：先将得到的含铝配合物进行预炭化，再进行高温炭化，控制高温炭化的温度比预炭化的温度高至少200℃，进一步优选高400-500℃(特别是420-480℃)。进一步优选地，预炭化的温度为450-700℃(特别是450-600℃)，预炭化的时间为0.5-3.5h(特别是2.5-3.5h)；高温炭化的温度为700-1200℃(特别是850-950℃)，高温炭化的时间为0.5-4.5h(特别是1.3-1.7h)。通过该优选的实施方式，能够进一步改善所得多孔碳材料的性能。本专利技术的步骤(2)中，所述焙烧在真空或惰性气氛中进行，真空条件可以借助真空泵获得；惰性气氛可以由氮气和/或惰性气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气中的至少一种)提供。本专利技术的步骤(3)中，所述活化液中的碱或者酸的浓度可以为0.1-15mol/L。所述碱可以为碱金属的氢氧化物和/或碱土金属的氢氧化物。采用的酸为具有氧化性的含氧酸，例如硝酸，硫酸，高氯酸，氯酸，铬酸和高锰酸中的至少一种。优选地，所述活化液中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锂和氢氧化镁中的至少一种，或者活化液采用至少一种或者两种以及两种以上的含氧酸进行混合。本专利技术的步骤(3)中，对活化液的用量没有特别的要求，只要使其能够浸没步骤(2)获得的复合材料即可。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备多孔碳材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)使铝源和有机酸在表面活性剂的存在下进行反应，得到含铝配合物；/n(2)将得到的含铝配合物于真空或惰性气氛中进行焙烧，得到含有Al

【技术特征摘要】
1.一种制备多孔碳材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)使铝源和有机酸在表面活性剂的存在下进行反应，得到含铝配合物；
(2)将得到的含铝配合物于真空或惰性气氛中进行焙烧，得到含有Al2O3和C的多孔复合材料；
(3)使用活化液浸泡得到的多孔复合材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，铝源、有机酸和表面活性剂的重量比为1：(0.3-5)：(0.5-3)，优选为1：(0.6-1.1)：(0.6-1.5)，进一步优选为1：(0.7-0.9)：(0.7-0.9)。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铝源为水溶性铝盐和/或铝的氢氧化物，优选为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、氢氧化铝、碘化铝和乙酸铝的中的至少一种；
和/或，所述有机酸为二元酸和/或多元酸，优选为对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、苯甲酸、均苯三甲酸和邻苯二甲酸中的至少一种；
和/或，所述表面活性剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵、阳离子聚丙烯酰胺、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、乙二醇、二乙醇胺、聚乙二醇和亚乙基亚胺中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中反应的温度为50-210℃，反应的时间为7-24h；
优选地，步骤(1)中反应的温度为80-160℃，反应的时间为8-15h。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中焙烧的温度为400-1200℃，焙烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙艳芝，郭士成，潘军青，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11