超级电容器电极用活性炭纸的制造方法，利用其的活性炭纸及包括其的超级电容器电极技术

本发明专利技术即使不加入黏结剂或为提高导电率的其他物质也可去除大部分稻子表皮内存在的木质素、半纤维素、蜡等，从而可利用漂白纸浆基于纯纤维素制造活性炭纸，因此不仅能够提高超级电容器的电极材料的能量存储密度，而且还能够提高电化学特性。

【技术实现步骤摘要】
超级电容器电极用活性炭纸的制造方法，利用其的活性炭纸及包括其的超级电容器电极
本专利技术涉及超级电容器电极材料，更具体地，涉及一种利用漂白纸浆制造活性炭纸的方法、利用该方法制造的活性炭纸以及包括其的超级电容器电极。
技术介绍
由于化石燃料的过多消费引起的局限性和能源问题持续不断，因此急需要开发一种能够有效地利用能源并高效存储新的环保能源的设备。属于2次电池分类的超级电容器作为将一般的活性炭用作电极材料的存储装置，由于其具有半永久的寿命和高输出特性，最近不仅在各种电子产品领域就连新能源领域也在使用，其使用范围逐渐得到扩大。作为超级电容器主力的双电层电容器，是一种通过离子和活物质的物理电容去离子法来存储并供给能源的电化学装置，具有冲放电寿命几乎不受限制及环保特性，因此作为下一代能源存储装置备受瞩目。超级电容器的能源特性与炭材料的表面和气孔特性有关，因此各种形态的炭物质作为超级电容器的电极材料使用的研究正在进行。炭普遍作为电极材料使用的主要理由是比表面积高，而且导电性、耐化学性和耐腐蚀性优秀。本专利技术的专利技术人发现，不使用基于如聚环氧氯丙烷或聚丙烯腈(polyacrylonitrile，PAN)等化石燃料获得的物质而使用在地球上容易获取的纤维素作为炭前体，在不加入添加剂的情况下利用基于纯纤维素的活性炭纸即可制造电极材料。现有技术文献：现有文献1：韩国公开特许公报10-2019-0001045(2019.01.04.公开)
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的在于，提供一种基于纯纤维素的活性炭纸及利用其的超级电容器电极的制造方法，在开发作为下一代存储装置的超级电容器的电极材料的过程中，为了扩大电容无需添加额外的添加剂。本专利技术的目的在于，提供一种包括作为电极材料的纯纤维素活性炭纸的超级电容器电极。技术方案为达成所述目的，本专利技术涉及的超级电容器电极材料用活性炭纸的制造方法包括：通过蒸煮木材来获得纸浆的步骤S1；通过漂白基于所述步骤S1得到的纸浆来获得漂白纸浆的步骤S2；通过热压基于所述步骤S2获得的漂白纸浆来制造纸的步骤S3；炭化通过所述步骤S3获得的纸的步骤S4；将基于所述步骤S4获得的炭纸浸渍到氢氧化钾(KOH)水溶液中的步骤S5；以及通过再炭化所述步骤S5中经氢氧化钾水溶液处理得到的炭纸来获得活性炭纸的步骤S6。有益效果本专利技术具有以下有益效果。不需要向木材或稻子表皮等的非木材的漂白纸浆添加黏结剂或用于提高导电率的其他物质，通过热压来制造作为基础材料的纸，因此细微的纸结构上形成有充足的孔隙，从而能够显著改善电特性，而且能够提高能源存储密度。本专利技术对木材或稻子表皮等非木材中去除木质素、半纤维素、蜡等的纯纤维素的漂白纸浆进行热压以制造纸，之后对其进行炭化，并进行KOH浸渍后经再炭化得到活性炭纸，由于活性炭纸本身能够提高超级电容器的电化学特性，因此不仅可以通过经济且环保的方法制造超级电容器的电极材料，而且因纸本身具有的能够弯曲的优点导致在柔性(flexible)装置上应用时能够作出应有的贡献。附图说明图1是本专利技术的一实施例涉及的活性炭纸的制造方法。图2是本专利技术的一实施例涉及的由漂白纸浆制造的纸和活性炭纸的照片。图3是KOH处理后基于温度的活性炭纸电极的CV循环的曲线图。图4是KOH处理后基于温度的活性炭纸电极的恒定电流充放电特性(GCD)曲线的曲线图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的超级电容器电极材料用活性炭纸的制造方法。首先，进行利用作为原料的木材或稻子表皮等非木材来制备纸浆的过程，通过蒸煮原料来去除半纤维素、蜡等。由于这些纸浆的杂质被去除，因此最终得到的活性炭纸的电化学性能得到改善。另外，清洗所述蒸煮的纸浆之后进行漂白过程，以此来制造漂白纸浆。漂白是将木质素成分完全去除的过程。纸浆显示黄色是因为其中含有木质素成分。经过如上所述的蒸煮和漂白过程之后，将只剩下纯纤维素。进行所述漂白纸浆的制造步骤之后，对漂白纸浆进行热压以制造纸，此时不需要加入诸如黏结剂等的添加剂。如果加入黏结剂等的添加剂，则添加剂会堵塞孔隙，从而导致电特性下降，因此本专利技术将不加入添加剂而通过对漂白纸浆进行热压来制造纸。炭化通过所述纸制造步骤制得的纸。所述炭化步骤从低温逐渐提高温度并且经过长时间的炭化过程。经所述炭化过程的炭纸将执行浸渍到KOH水溶液中进行处理的步骤。通过氢氧化钾水溶液的浸渍过程可得到比表面积变大的活性炭纸。本专利技术包括对所述KOH处理的纸进行再炭化以使炭纸活化的步骤。通过上述一系列的过程，利用木材纸浆可制造活性炭纸，所述活性炭纸可作为超级电容器的电极材料使用。以下对本专利技术进行更具体的说明。本专利技术涉及的制造方法中，所述步骤S1是通过选择木材、非木材、废木材中的一个并经过碱蒸煮及漂白过程制备纸浆的步骤。具体而言，在所述步骤S1中，通过选择木材或者稻子表皮等非木材，并将其浸渍到10～50重量％的NaOH溶液中之后，在100～200℃温度下进行蒸煮之后进行清洗、漂白，及粉碎，从而获得漂白纸浆。所述步骤S2作为利用所述步骤步骤S1中制得的漂白纸浆制造纸的步骤，是无需添加黏结剂或粘合剂而通过对漂白纸浆进行热压来制造纸的步骤。所述步骤S3作为炭化所述步骤S2中制得的纸的步骤，一般是在300～1500℃的温度下进行炭化并制造炭纸，但优选地，以每分钟上升10℃的升温速度将温度上升至1000℃，并在该温度下炭化1小时。所述步骤S4作为用以使比表面积变大而将所述步骤S3中获得的炭纸浸渍到KOH水溶液中进行处理的步骤，将利用1～50％的KOH水溶液。所述步骤S5作为再炭化所述步骤S4中经KOH水溶液处理得到的炭纸的步骤，通过这种再炭化过程可获得比表面积变大的活性炭纸。此时，再炭化温度优选为高温，但超过1300℃时，因氧化钾的活化处理导致纸的形态无法保持并破碎。因此，温度在900～1100℃条件下较为合适。如图3所示，再炭化温度越高，循环伏安(cyclicvoltammogram)显示出更为理想的四边形态。由此可知，在900～1100℃的再炭化温度下显示出更好的电化学双电层电容器的行为。只是，如果再炭化温度大于1100℃，则电化学性质的改善程度不明显，反而存在电化学特性不均匀且不稳定的缺陷，如果大于1300℃，则纸的形态无法保持并破碎。下面，通过本专利技术的实施例进一步详细说明。只是，以下实施例仅用于例举说明本专利技术，本专利技术的内容不限于以下实施例。<实施例>制造超级电容器电极材料用活性炭纸的实施例S1：蒸煮并清洗木材的步骤将木材放入15％的氢氧化钠水溶液中，然后在120℃下蒸煮5小时，再对其清洗多次。S2：获得漂白纸浆的步骤将其干燥之后，使用酸性化的亚氯酸钠水溶液和次氯酸钠水溶液对纸浆进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超级电容器电极材料用活性炭纸的制造方法，其特征在于，该方法包括:/n通过蒸煮木材来获得纸浆的步骤S1；/n通过漂白基于所述步骤S1得到的纸浆来获得漂白纸浆的步骤S2；/n通过热压基于所述步骤S2获得的漂白纸浆来制造纸的步骤S3；/n炭化通过所述步骤S3获得的纸的步骤S4；/n将基于所述步骤S4获得的炭纸浸渍到氢氧化钾水溶液中的步骤S5；以及/n通过再炭化所述步骤S5中经氢氧化钾水溶液处理得到的炭纸来获得活性炭纸的步骤S6。/n

【技术特征摘要】
20190614 KR 10-2019-00711311.一种超级电容器电极材料用活性炭纸的制造方法，其特征在于，该方法包括:
通过蒸煮木材来获得纸浆的步骤S1；
通过漂白基于所述步骤S1得到的纸浆来获得漂白纸浆的步骤S2；
通过热压基于所述步骤S2获得的漂白纸浆来制造纸的步骤S3；
炭化通过所述步骤S3获得的纸的步骤S4；
将基于所述步骤S4获得的炭纸浸渍到氢氧化钾水溶液中的步骤S5；以及
通过再炭化所述步骤S5中经氢氧化钾水溶液处理得到的炭纸来获得活性炭纸的步骤S6。


2.如权利要求1所述的超级电容器电极材料用活性炭纸的制造方法，其特征在于，所述步骤S1的蒸煮步骤是在15％的氢氧化钠水溶液中利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：申惠敬，金洪建，郭二丘，金镛先，李相玉，李柔尚，
申请(专利权)人：全州大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR