本发明专利技术公开了一种提高活化效率和产率的超级电容炭制备方法及装置。该方法包括以下步骤：将生炭料粉碎并过筛，之后与粘合剂混合并辊压得到生炭团；以活化剂为内核，生炭团为外壳，通过制球机制备核壳结构型的生炭球；将生炭球通过高温活化调节孔结构，依次水洗、酸洗除杂后，再高温脱氧，制得超级电容炭样品。本发明专利技术提供的核壳结构生球炭活化法提高了反应效率，产率比传统活化方式产率高出一倍，可达70％以上；其次，由于核壳结构生炭球活化微环境相同，活化的电容炭物性参数与电化学性能高度均一；最后，大幅降低了活化剂的用量，解决了碱性活化剂腐蚀设备问题。碱性活化剂腐蚀设备问题。碱性活化剂腐蚀设备问题。
【技术实现步骤摘要】
一种提高活化效率和产率的超级电容炭制备方法及装置
[0001]本专利技术属于超级电容炭制备
，具体涉及一种提高活化效率和产率的超级电容炭制备方法及装置。
技术介绍
[0002]超级电容器作为一种新型功率型储能设备，以其功率密度大、循环寿命长等优点被广泛应用于电路系统、轨道交通、数据存储等领域。工信部发布《基础电子元器件产业发展行动计划(2021年
‑
2023年)》，重点推动超级电容器在新能源汽车和智能网联汽车的应用。
[0003]超级电容炭作为超级电容的核心，因其原料易得，孔结构和表面性质可调而被广泛使用。目前，超级电容炭主要依赖进口，国产超级电容炭与进口产品仍有不小的差距，主要表现：国产超级电容炭产品的均一性和稳定性较差，规模制备设备面临腐蚀严重和除杂效率低下等问题。此外，在大规模活化时，活化微环境的不同也导致炭材料活化程度不均一，即使同一批次间也存在较大差异。在超级电容炭的制备过程中，高温下的活化剂形成活化蒸汽来刻蚀使炭材料成为层级多孔结构，然而在蒸汽刻蚀炭材料的同时，也会对活化设备进行强烈的腐蚀，大量的Fe离子混进炭材料中难以去除，对电容的稳定性造成巨大的影响，活化设备也因腐蚀严重无法满足持续生产的需求。因此，探寻有效的活化方法，提高活化效率和产率，减少活化剂对设备的腐蚀性是规模化制备超级电容炭的关键之处，也是本领域技术人员一直追求的目标。
[0004]中国专利“CN107892298A”公开了一种电容炭活化方法，该方法是将原料与强碱混合，采用分段升温，在高温下通入水蒸气和二氧化碳进行活化，然而水蒸气在高温下会与钾蒸汽反应产生微爆，二氧化碳的引入会增加活化剂的用量，此外活化产率难以得到保障。中国专利“CN102849736A”在不用惰性气体保护下活化电容炭，旨在提高电容炭产率，然而其活化过程碱炭比用量高达4:1，大量碱性活化剂使用会腐蚀生产设备，且活化均一没有涉及。因此，如何在保证炭材料均一活化的同时降低活化剂用量，减少设备腐蚀性问题是本领域研究人员亟待解决的难题。
技术实现思路
[0005]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种提高活化效率和产率的超级电容炭制备方法。本专利技术采用核壳结构生炭球活化法，以活化剂颗粒为内核，生炭团为外壳，通过制球机制备核壳结构生炭球，在高温活化过程中，活化剂蒸汽沿径向缓慢向炭层外壳扩散，扩散过程中活化剂蒸汽与生炭颗粒充分活化制孔，提高了反应效率，产率比传统活化方式高出一倍，可达70％以上；此外，每个生炭球的独立和均一保证了其活化微环境的一致，活化后的电容炭物性参数与电化学性能高度均一；最后，大幅降低了活化剂的用量，解决了碱性活化剂腐蚀设备问题。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种适配上述合成方法，一体化制备超级电容炭的装
置。
[0007]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种提高活化效率和产率的超级电容炭制备方法，包括以下步骤:
[0009]步骤1：将生炭料粉碎并过筛，之后与粘合剂混合并辊压得到生炭团；
[0010]步骤2：以活化剂为内核，生炭团为外壳，制备核壳结构型的生炭球；
[0011]步骤3：将生炭球通过高温活化调节孔结构，依次水洗、酸洗除杂后，再高温脱氧，制得超级电容炭样品。
[0012]本专利技术制备了核壳结构型的炭球，将活化剂作为炭球的内核，炭材料作为炭球的外壳。以球炭的形式进行活化，在高温下，球炭内部的活化剂会转变为活化蒸汽径向地向炭层扩散，在扩散过程中，活化剂蒸汽与炭层充分接触并对其进行活化制孔。
[0013]优选的，步骤1中所述的生炭料为灰分低于1％的植物炭，例如椰壳炭等。植物炭可在市场可购买得到。
[0014]优选的，步骤1中生炭料粉碎后过200
‑
300目筛。
[0015]优选的，步骤1中的粘合剂为淀粉、壳聚糖、羧甲基纤维素的至少一种。
[0016]优选的，步骤1中的粘合剂占生炭团固体含量比为1
‑
2wt.％，生炭料占生炭团固体含量比为98
‑
99wt.％。
[0017]优选的，步骤2中所述活化剂为KOH、K2CO3、NaOH中的至少一种。
[0018]所述活化剂优选为KOH颗粒、K2CO3颗粒、NaOH颗粒中的至少一种。
[0019]优选的，步骤3中高温活化的温度为750
‑
850℃，活化剂与生炭团的质量比为1
‑
2:1，以氮气作保护气，气体流速为2
‑
5mL/(cm2*min)。
[0020]优选的，步骤3中酸洗液体为浓度为5
‑
10wt.％的有机酸。
[0021]优选的，步骤3中酸为草酸、乙酸、柠檬酸中的至少一种。
[0022]优选的，步骤3中脱氧温度为700
‑
800℃。
[0023]本专利技术提供了上述技术方案制备超级电容炭。
[0024]本专利技术提供了上述技术方案制备得到的超级电容炭用于储能设备超级电容器的用途。
[0025]本专利技术提供了上述技术方案所使用的一体化制备装置，包括粉碎室、振动筛分室、制球机、活化炉、洗涤装置、蒸发器和干燥还原室；其中粉碎室、振动筛分室、制球机、活化炉、洗涤装置和干燥还原室依次连接，制球机和洗涤装置均与蒸发器连接；
[0026]所述制球机包括浆料室、活化剂存储室和制球室，浆料室、活化剂存储室均与制球室连接，浆料室和活化剂存储室中均设有扇叶；洗涤装置包括水洗室和酸洗室；水洗室与酸洗室中均设有滤膜。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：
[0028](1)本专利技术采用球炭活化，在活化过程中，活化剂蒸汽径向地向外壳炭层扩散，扩散过程中活化剂蒸汽与炭充分活化造孔，极大地提高了活化效率和产率。
[0029](2)本专利技术采用球炭活化，每个生碳球的独立和均一保证了其活化微环境的一致，活化后的电容炭物性参数与电化学性能高度均一。
[0030](3)本专利技术采用球炭活化，制备以活化剂为核，炭层为壳的核壳结构的炭球，既可以减少活化剂的用量，又可降低活化剂与活化设备内壁接触的面积，有效抑制了强碱性活
化剂对生产设备的腐蚀。
[0031](4)本专利技术采用采用有机酸代替无机酸预处理炭材料，在有效去除磁性金属离子的同时又避免了酸根阴离子的残留，同时在除杂过程中引入电流使磁性金属离子在阴极沉积，有效地减少了酸用量。
[0032](5)本专利技术制备的超级电容炭比表面积大高达1700
‑
2293m2/g，孔径分布0.5
‑
4nm，制作自支撑极片组装纽扣电容后，在电流0.5A/g的条件下，器件质量比电容高达52F/g，性能优于同条件下测试的商用炭(32F/g)，长循环充放电1万次后电容保持率高达98％。
附图说明
[0033]图1为实施例3制备的超级电容炭的CV曲线图。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高活化效率和产率的超级电容炭制备方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤1：将生炭料粉碎并过筛，之后与粘合剂混合并辊压得到生炭团；步骤2：以活化剂为内核，生炭团为外壳，制备核壳结构型的生炭球；步骤3：将生炭球通过高温活化调节孔结构，依次水洗、酸洗除杂后，再高温脱氧，制得超级电容炭样品。2.根据权利要求1所述的一种提高活化效率和产率的超级电容炭制备方法，其特征在于，步骤1中所述的生炭料为灰分低于1％的植物炭；步骤1中生炭料粉碎后过200
‑
300目筛。3.根据权利要求1所述的一种提高活化效率和产率的超级电容炭制备方法，其特征在于，步骤1中的粘合剂为淀粉、壳聚糖、羧甲基纤维素的至少一种；步骤1中的粘合剂占生炭团固体含量比含量为1
‑
2wt.％，生炭料占生炭团固体含量比为98
‑
99wt.％。4.根据权利要求1所述的一种提高活化效率和产率的超级电容炭制备方法，其特征在于，步骤2中所述活化剂为KOH、K2CO3、NaOH中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种提高活化效率和产率的超级电容炭制备方法，其特征在于，步骤3中高温活化的温度为750
‑
850℃，活化剂与生炭团质量比为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏启斌，胡倩宇，任文豪，吴维兴，林靖凯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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