基于吸附炭材料的多孔碳材料、高温热冲击KOH活化制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于吸附炭材料的多孔碳材料、高温热冲击KOH活化制备方法及应用，本发明专利技术将吸附炭材料和KOH混合均匀后的混合物料进行热冲击活化得到多孔碳材料，所制备的多孔碳材料展现出了比表面积大、孔径分布窄、孔隙丰富的结构特征，以及与管式炉制备多孔活性碳相比较高的吡啶氮等含氮官能团含量，提高了电极材料的电化学性能表现，具有高比电容和优异的倍率性能。组装的超级电容器也具有优异的电化学性能，在以EMIMBF4作为电解液时，吸附炭超级电容器的功率密度为1000W kg

【技术实现步骤摘要】
基于吸附炭材料的多孔碳材料、高温热冲击KOH活化制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于新能源材料中的超级电容器领域，具体涉及一种基于高温热冲击KOH活化的多孔碳材料的制备及其在超级电容器上的应用。

技术介绍

[0002]进入到21世纪，化石能源短缺和随之而来环境污染问题受到世界各国的重视，太阳能、风能、氢能、地热能、潮汐能、生物质能等新能源因其环保无污染，可持续健康发展等特点已经得到各国科研工作者的广泛研究。我国目前正在走向一条绿色低碳可持续发展道路、以更低的资源环境和碳排放代价促进低碳经济发展模式逐渐取代了传统的高污染发展模式。但上述几种新能源在自然界中的储存和和收集相当不便，因此对更符合可持续发展要求的生物质能源的开发和研究显得尤为重要。生物质能源具有来源广泛和环境可持续等特点，但生物质能源中的典型代表，多孔碳材料组装的碳基超级电容器能量密度较低，在实际应用中面对巨大的挑战。因此，探索简单高效的技术来替代传统的制备技术是提高碳基超级电容器能量密度的关键。
[0003]碳基超级电容器作为一种新型储能器件，因其具有循环寿命长、功率密度高、充放电速度快等优势，被认为是最有前途的新一代高性能电源产品之一。对于碳基超级电容器而言，对于碳材料超级电容器而言，影响其能量密度表现的关键因素是正负极碳材料比电容，提升比电容可以通过含氮官能团的高比例提供的赝电容和电解质润湿性的提高来实现。但目前传统管式炉制备方式会大大损失氮元素含量。且该传统方法制备过程繁琐，时间长，成本高，污染环境。因此迫切需要研发一种高效、低成本制备多孔碳材料的方法。高温热冲击法(HTS)作为一种新颖的电焦耳加热技术，可以在超短时间内(<10毫秒)，将原材料加热到3000K以上的温度，实验过程中样品的升/降温速率均高达105K/s，完成从原材料到超细小且均匀分散的纳米颗粒的超快速转变。利用高温热冲击法将非电化学活性碳或生物质材料快速转变为电化学活性碳材料不仅能高效利用原材料，还能有效的进行富氧，极大提高多孔碳材料的比电容，提升碳基超级电容器的能量密度，具有巨大的应用潜力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，以吸附炭为原料，通过高温热冲击KOH活化法，提供一种基于吸附炭材料高温热冲击KOH活化的多孔碳材料的制备方法并研究其在超级电容器上的应用，本专利技术展现出高比表面积和比电容，良好的倍率性能和优异的功率密度及能量密度等优点。
[0005]本专利技术采用的技术方案具体如下：
[0006]一种基于吸附炭材料的多孔碳材料高温热冲击KOH活化制备方法，具体为：
[0007]将吸附炭材料和KOH混合均匀后的混合物料进行热冲击活化得到多孔碳材料，其中，热冲击温度为800～900℃，热冲击时间为5～10s。
[0008]进一步地，采用研钵研磨将吸附炭材料和KOH混合均匀。
[0009]进一步地，热冲击碳化的条件为电流
‑
电压
‑
时间分别对应9A，7V，5～10s。
[0010]进一步地，吸附炭材料与KOH粉末的质量比为1:1～3。
[0011]一种上述制备方法制得的多孔碳材料，该多孔碳材料孔隙丰富、孔径分布窄、比表面积大、含氮官能团含量高。
[0012]进一步地，多孔碳材料中，N元素含量大于1％。
[0013]一种上述多孔碳材料作为电极材料在超级电容器中的应用。
[0014]本专利技术利用颠覆传统煅烧方法的高温热冲击KOH活化法在较短的时间内制备多孔活性碳材料，同时探究得到制备的吸附炭多孔碳材料表现出优于管式炉制备吸附炭多孔碳材料和原材料的电化学性能。具体地，本专利技术的优点在于：
[0015](1)本专利技术选择价廉易得的吸附炭材料为原料。
[0016](2)本专利技术利用高温热冲击KOH活化法制备了孔隙丰富、孔径分布窄、比表面积大的多孔碳材料。
[0017]本专利技术制备的多孔碳材料作为电极材料时展现出了优异的比容量，同时组装的对称超级电容器也表现出较高的能量密度和功率密度。在电流密度为1A g
‑1时多孔碳材料的质量比电容达到极高的600F g
‑1，此外，以多孔碳材料组装的超级电容器在EMBMIF4和KOH电解液中均展现优异的能量密度和功率密度。
附图说明
[0018]图1：对比例吸附炭原始材料(命名为Raw material)的SEM(扫描电镜)图像。
[0019]图2：实施例1制备得到高温热冲击碳化KOH活化法制备的多孔碳材料(命名为HTS
‑
APC)的SEM(扫描电镜)图像。
[0020]图3：对比例高温管式炉碳化处理制备得到的碳材料(命名为TF
‑
APC)的SEM(扫描电镜)图像。
[0021]图4：实施例1和对比例制备得到HTS
‑
APC、Raw material、TF
‑
APC材料氮吸附曲线图。
[0022]图5：实施例1和对比例制备得到HTS
‑
APC、Raw material、TF
‑
APC材料孔径分布图。
[0023]图6：实施例1和对比例制备得到HTS
‑
APC、Raw material、TF
‑
APC材料的XRD(X射线衍射)图。
[0024]图7：实施例1和对比例制备得到HTS
‑
APC、TF
‑
APC材料的C，N，O原子含量图。
[0025]图8：实施例1和对比例制备得到HTS
‑
APC与TF
‑
APC材料含氮官能团绝对含量比例图。
[0026]图9：实施例1和对比例制备得到HTS
‑
APC、Raw material、TF
‑
APC材料的CV(循环伏安曲线)图。
[0027]图10：实施例1制备得到HTS
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APC材料在不同扫速下的CV(循环伏安曲线)图。
[0028]图11：实施例1和对比例制备得到HTS
‑
APC、Raw material、TF
‑
APC材料的GCD(充放电曲线)图。
[0029]图12：实施例1制备得到HTS
‑
APC材料在不同电流密度下的GCD(充放电曲线)图，其中，从左至右依次为10、8、4、2、1A g
‑1的充放电曲线。
[0030]图13：实施例2制备得到HTS
‑
APC//HTS
‑
APC超级电容器在不同电流密度下的GCD(充放电曲线)图。从左至右依次为10、8、4、2、1A g
‑1的充放电曲线。
[0031]图14：实施例2制备得到HTS
‑
APC//HTS
‑
APC超级电容器在不同电流密度下的能量密度和功率密度图。从左至右本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于吸附炭材料的多孔碳材料高温热冲击KOH活化制备方法，其特征在于，具体为：将吸附炭材料和KOH混合均匀后的混合物料进行热冲击活化得到多孔碳材料，其中，热冲击温度为800～900℃，热冲击时间为5～10s。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用研钵研磨将吸附炭材料和KOH混合均匀。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，热冲击碳化的条件为电流
‑
电压
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：山东润生生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：