專利名稱：一種超級電容器用活性炭的制備方法
技術領域：
本發明屬于一種制備活性炭的方法。具體指一種應用于超級電容器電極材料的活性炭的制備方法，特別是涉及以浙青為原料，利用催化劑采用一步連續法得到高電化性能的活性炭。
背景技術：
超級電容器是一種介于普通電容器與電池之間的綠色新型儲能元件，兼功率密度大和能量密度高的優點，并且充電速度快，循環壽命長，對環境無污染，被廣泛應用于各種電子產品的備用電源及混合動力汽車的輔助電源。開發出性能優異的超級電容器，從材料角度來講，關鍵是適合超級電容器應用的，同時具有較高比容量的電極材料的研制。近年來，炭材料因其來源豐富、成本低廉、有發達的孔結構和較大的比表面積及具有良好的充放電穩定性，已經作為超級電容器的首選。而且，多孔碳材料是目前唯一已經工業化的電極材料。在多孔碳材料中，石墨碳因其良好的晶體構架，高的導電性能，好的熱穩定性和低溫下的高抗氧化能力而相比無定形碳更適合用作電極。在用于電極的石墨碳中，介孔相比微孔對電容器的電容量貢獻較大。而中間相浙青，正是制備較大介孔率的多孔石墨碳的最佳前驅體。浙青基活性炭的制備普遍可以劃分為這樣三個階段中間態化、碳化和化學活化過程。浙青或重質焦油首先經過高溫活化得到中間相浙青。中間相浙青再經化學法或物理法進行活化處理，最終得到浙青基活性炭。活化過程中，首先除去非組織碳中間物，然后是處于石墨微晶活性位的碳與活化劑反應，最后石墨微晶經過刻蝕、嵌補而獲得理想的空間結構。中間態化是浙青能夠進行中間相轉化的階段，是制備目標碳材料的基礎。中間相浙青轉化過程是制備高電化學性能活性炭的關鍵，控制和優化浙青的轉化是中間相態浙青向活性炭轉化的關鍵過程。該過程被大量應用，但存在流程長，中間步驟較多，周期較長的缺點。本發明克服以上缺點，采用一步連續法，通過使用催化劑，將中間相浙青與浙青基活性炭的制備在一個反應釜內同時完成，采用物理活化和化學活化耦合的方式，得到高電化性能的活性炭。

發明內容
本發明的目的在于提供一種可應用于制作超級電容器電極材料的活性炭的制備方法。本發明的另一目的在于提供一種以浙青為原料，在催化劑存在的條件下，通過一步連續法制備超級電容器用活性炭的方法。該方法在一個反應容器中進行，其步驟為
在一個反應容器中加入浙青和催化劑，向其中通入適量水蒸氣，蒸汽壓力為
O.2-0. 5MPa，控制反應溫度為350-550°C，反應經過O. 5_10小時后，向反應容器中加入Κ0Η， 其與浙青的質量比為4:1-10: 1，控制反應溫度為650-950°C，經過O. 5-10小時后，對生成的產物進行洗滌和干燥，最終獲得成品活性炭。
本發明提供的方法中，所述的催化劑可以是氟化鋰或溴化鋰。該催化劑在洗滌過程中可以除去。本發明的活性炭用于制作超級電容器的電極材料，具有高的比表面、介孔率微觀結構和比電容。相比現有技術，本發明提供的方法有成本低，無中間步驟，流程短，效率高的優點。
具體實施例方式現結合實施例，對本發明詳細描述如下 實施例1
在連續反應容器中加入質量比為1:0. 05的浙青和氟化鋰催化劑，向其中通入水蒸氣，調節氣壓為O. 2MPa，以每分鐘5°C的速率升溫至350°C，在350°C維持10小時后，向反應容器中加入Κ0Η，其與浙青的質量比為4:1，以每分鐘10°C的速率升溫至650°C，反應經過10小時后，降溫至室溫，然后對生成的產物進行水洗至PH值為7，干燥后獲得成品活性炭C-1。實施例2
在連續反應容器中加入質量比為1:0. 05的浙青和氟化鋰催化劑，向其中通入水蒸氣，調節氣壓為O. 35MPa，以每分鐘5°C的速率升溫至450°C，在450°C維持5小時后，向反應容器中加入Κ0Η，其與浙青的質量比為6:1，以每分鐘10°C的速率升溫至800°C，反應經過5小時后，降溫至室溫，然后對生成的產物進行水洗至PH值為7，干燥后獲得成品活性炭C-2。實施例3
在連續反應容器中加入質量比為1:0. 05的浙青和溴化鋰催化劑，向其中通入水蒸氣，調節氣壓為O. 35MPa，以每分鐘5°C的速率升溫至500°C，在500°C維持2小時后，向反應容器中加入Κ0Η，其與浙青的質量比為10:1，以每分鐘10°C的速率升溫至900°C，反應經過2小時后，降溫至室溫，然后對生成的產物進行水洗至PH值為7，干燥后獲得成品活性炭C-3。實施例4
在連續反應容器中加入質量比為1:0. 05的浙青和溴化鋰催化劑，向其中通入水蒸氣，調節氣壓為O. 5MPa，以每分鐘5°C的速率升溫至550°C，在550°C維持O. 5小時后，向反應容器中加入Κ0Η，其與浙青的質量比為10:1，以每分鐘10°C的速率升溫至950°C，反應經過O. 5小時后，降溫至室溫，然后對生成的產物進行水洗至PH值為7，干燥后獲得成品活性炭C-4。實施例5
本實施例說明按本發明提供的方法制得的活性炭材料具有高比表面和較高的介孔率微觀結構。活性炭材料的孔結構測試采用美國MICROMERITICS INSTRUMENT C0R0P0RATI0N的Autopore IV 9510型化學吸附儀測定，N2作為吸附質，分析池溫度為_196°C。從表I數據可知，實施例1-4中，通過本發明提供的方法制備出的活性炭具有大于2000 m2/g的較高的比表面和相對較高的介孔率微觀結構。實施例6
本實施例說明按本發明提供的方法制得的活性炭材料具有高比電容。將所得活性炭、導電炭黑和粘結劑以質量比80:15:5混合均勻，涂覆在鋁箔上制得電極。以IM的MeEt3BF4為電解液，在充滿氬氣的手套箱內組裝成紐扣式雙電層電容器。測試儀器為LK2005A電化學工作站，對超級電容以100 mA/g的電流密度進行恒流充放電。電極材料的質量比電容C (F/g)按公式(I)進行計算
C=2 (JX A t) / (AVXm) (I)
式中J為放電電流，A ;At為放電電壓變化AV時所用的放電時間，s ；AV為放電電壓變化值，V ；m為單個電極中活性炭的用量，g。從表2可以看出，實施例1-4中，通過本發明提供的方法制備出的活性炭電極具有較高的比電容(大于100F/g)。
表I
權利要求
1.一種制備活性炭的方法，其特征在于，該方法在一個反應容器中加入浙青和催化劑， 向其中通入適量水蒸氣，蒸汽壓力為O. 2-0. 5MPa，控制反應溫度為350_550°C，反應經過O.5-10小時，向反應容器中加入氫氧化鉀，其與浙青的質量比為4:1-10:1，控制反應溫度為650-950°C，反應經過O. 5-10小時后，對生成的產物洗滌、干燥后獲得成品活性炭。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的浙青是各向同性浙青。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化劑可以是氟化鋰或溴化鋰。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，當催化劑為氟化鋰或溴化鋰時，浙青與催化劑的比例為1:0.05。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化劑在洗滌過程中除去。
全文摘要
本發明提供了一種以瀝青為原料，采用一步法連續制備活性炭的方法。本方法將物理活化和化學活化耦合，以KOH為化學活化劑，水蒸汽為助活化劑，氟化鋰或溴化鋰為催化劑。本方法操作簡單、成本較低、原材料容易獲取。通過本方法獲得的活性炭具有較高的比表面積、較高的介孔率微觀結構、優良的電化學性能。
文檔編號C01B31/10GK103011156SQ201210492049
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者王振凡, 王濤, 李春偉, 金鳳, 遲徐, 蔣紅 申請人:吉林市道特化工科技有限責任公司