用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法

技术领域

本发明涉及活性炭改性技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法。

背景技术

超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件。当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，称其为界面双电层。把双电层超级电容看成是悬在电解质中的2个非活性多孔板，电压加载到2个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。双电层电容器根据电极材料的不同，可以分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容器。

活性炭作为超级电容器碳电极中最经济的材料被广泛应用。廉价电极材料活性炭的各项性能直接影响着超级电容器在民用储能领域的快速推广。目前由于活性炭作为超级电容电极与其它碳材料相比，存在导电性能较差的缺陷，如何提高活性炭导电性已经成为活性炭研究的热点之一。石墨烯的高导电率已经在活性炭领域得到关注，已经有人将氧化石墨烯粉末与活性炭混合来提高活性炭的导电率并取得了相关专利，但是由于氧化石墨烯含氧，石墨烯的导电性大大降低，并且氧化石墨烯与活性炭互为独立的颗粒，很难有导电桥产生，电阻率很大，因此很难获得理想的导电性。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的另一个目的是提供一种用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法，克服活性炭作为超级电容器原料进行石墨烯改性后与石墨烯难结合互为独立的颗粒导致难产生导电桥以及活性炭本身作为超级电容器原料导电性能较差的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法，包括：

步骤一、将活性炭置于750～800℃的氮气或氩气保护条件下，进行脱氧得到活性炭脱氧料；

步骤二、活性炭脱氧料冷却，然后使用0.5～5％质量浓度的硝酸镍或硝酸铁或硝酸钴溶液中浸渍1～3h，在100～120℃温度下干燥至水分含量1％以下，得到活性炭浸渍料；

步骤三、将活性炭浸渍料置于800～1000℃的氩气保护条件下，保温30～180min，然后自然冷却即可。

上述技术方案中，采用硝酸铁或硝酸镍或硝酸钴对脱氧后的活性炭进行浸渍，将经浸渍的活性炭置于高温及充满氩气的环境下进行石墨化处理，沿着浸渍面生成石墨烯。采用本案方法生成的活性炭灰分低，微孔发达，碘吸附值高，提高了活性炭吸附能力，生成的石墨烯能够与活性炭本身很好的结合，提高了活性炭的导电性。在高温下NO-与碳石墨生成类吡啶基和类吡咯基提高了电极电容性能。活性炭表面由于金属离子的存在，增加了超级电容器的赝电容，提高了超级电容器活性炭电极的比容量。在金属离子的催化下，降低了活性炭表面石墨化的温度，从2500-3000℃降低到800-1000℃，节约了能耗。

优选的是，所述的用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法中，所述步骤一中，所述氮气或氩气的浓度为99.5％。

优选的是，所述的用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法中，使用椰壳作为炭化料，采用以水蒸气为主要活化剂的物理活化法工艺对炭化料进行物理活化，得到所述活性炭。

优选的是，所述的用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法中，步骤二的活性炭脱氧料冷却温度为20～25℃常温；步骤三中的自然冷却温度为20～25℃常温。

优选的是，所述的用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法中，所述步骤二中，所述硝酸镍或硝酸铁或硝酸钴溶液的质量浓度为3％。

优选的是，所述的用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法中，所述步骤三中，将活性炭浸渍料置于950℃的氩气保护条件下，保温30～180min，然后自然冷却。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明采用硝酸铁或硝酸镍或硝酸钴对脱氧后的活性炭进行浸渍，将经浸渍的活性炭置于高温及充满氩气的环境下进行石墨化处理，沿着浸渍面生成石墨烯。采用本发明的方法生成的活性炭灰分低≤0.2％，微孔发达，碘吸附值高≥1800mg/g，提高了活性炭吸附能力，生成的石墨烯能够与活性炭本身很好的结合，提高了活性炭的导电性，电导率≥450S/m。在高温下NO-与碳石墨生成类吡啶基和类吡咯基提高了电极电容性能。活性炭表面由于金属离子的存在，增加了超级电容器的赝电容，提高了超级电容器活性炭电极的比容量。在金属离子的催化下，降低了活性炭表面石墨化的温度，从2500-3000℃降低到800-1000℃，节约了能耗。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1

一种用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法，包括：

一、将椰壳炭化料搅拌除杂并粉碎，放入活化炉中，通入高温水蒸气，进行活化，得到活性炭。

二、向全封闭的推板窑中通入99.5％的氮气，窑中温度设置为750℃，按照顺序依次将装有活化料的推板料箱推入和推出推板窑，处理20分钟，完成活化料脱氧(20-60min)，得到活性炭脱氧料。

三、将活性炭脱氧料冷却至常温20～25℃，在3％的硝酸镍溶液中浸渍1h，在100℃温度下干燥至水分含量为1％，得到活性炭浸渍料。

四、将活性炭浸渍料置于800℃的氩气保护条件下，保温30min，然后自然冷却至常温，即得。

五、将石墨烯改性后的活性炭用超细磨机，如冲击磨、气流磨磨至超级电容活性炭需要的细度，即可。

实施例2

一种用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法，包括：

一、将椰壳炭化料搅拌除杂并粉碎，放入活化炉中，通入高温水蒸气，进行活化，得到活性炭。

二、向全封闭的推板窑中通入99.5％的氩气，窑中温度设置为800℃，按照顺序依次将装有活化料的推板料箱推入和推出推板窑，处理40分钟，完成活化料脱氧，得到活性炭脱氧料。

三、将活性炭脱氧料冷却至常温20～25℃，在0.5％的硝酸铁溶液中浸渍3h，在120℃温度下干燥至水分含量为0.5％，得到活性炭浸渍料。

四、将活性炭浸渍料置于1000℃的氩气保护条件下，保温180min，然后自然冷却至常温，即得。

五、将石墨烯改性后的活性炭用超细磨机，如冲击磨、气流磨磨至超级电容活性炭需要的细度，即可。

实施例3

一种用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法，包括：

一、将椰壳炭化料搅拌除杂并粉碎，放入活化炉中，通入高温水蒸气，进行活化，得到活性炭。

二、向全封闭的推板窑中通入99.5％的氩气，窑中温度设置为760℃，按照顺序依次将装有活化料的推板料箱推入和推出推板窑，处理60分钟，完成活化料脱氧，得到活性炭脱氧料。

三、将活性炭脱氧料冷却至常温，在5％的硝酸钴溶液中浸渍2h，在110℃温度下干燥至水分含量为0.3％，得到活性炭浸渍料。

四、将活性炭浸渍料置于950℃的氩气保护条件下，保温100min，然后自然冷却至常温，即得。

五、将石墨烯改性后的活性炭用超细磨机，如冲击磨、气流磨磨至超级电容活性炭需要的细度，即可。

实施例4

一种用于制备超级电容的活性炭石墨烯改性方法，包括：

一、将椰壳炭化料搅拌除杂并粉碎，放入活化炉中，通入高温水蒸气，进行活化，得到活性炭。

二、向全封闭的推板窑中通入99.5％的氩气，窑中温度设置为770℃，按照顺序依次将装有活化料的推板料箱推入和推出推板窑，处理40分钟，完成活化料脱氧，得到活性炭脱氧料。

三、将活性炭脱氧料冷却至常温，在5％的硝酸镍溶液中浸渍1.5h，在115℃温度下干燥至水分含量为0.7％，得到活性炭浸渍料。

四、将活性炭浸渍料置于900℃的氩气保护条件下，保温50min，然后自然冷却至常温，即得。

五、将石墨烯改性后的活性炭用超细磨机，如冲击磨、气流磨磨至超级电容活性炭需要的细度，即可。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。