双电层电容器电极用活性炭及其制造方法技术

本发明专利技术涉及双电层电容器电极用活性炭及其制造方法，上述活性炭的特征在于，因存在于表面的氧官能团的数量受到控制而使表面氧浓度指数低。

Activated carbon for electrode of double layer capacitor and manufacturing method thereof

The invention relates to an activated carbon for a double layer capacitor electrode and a process for producing the same. The activated carbon is characterized in that the surface oxygen concentration index is low due to the number of oxygen functional groups present on the surface.

【技术实现步骤摘要】
双电层电容器电极用活性炭及其制造方法
本专利技术涉及用于制造双电层电容器所包含的电极的活性炭及其制造方法。
技术介绍
制造双电层电容器的电极时所使用的活性炭作为电极的核心材料，在双电层电容器的成本或性能方面占据着较大的比重。这样的活性炭通过如下方法制造：将石油焦炭或碳化的椰子等碳质原料利用KOH、NaOH等溶液处理来进行化学活化或者使其通过900至1000℃的水蒸气来进行活化。然而，由此制造的活性炭具有因表面存在金属杂质或氧官能团而使双电层电容器的性能降低的问题。即，存在于活性炭表面的金属杂质或氧官能团在双电层电容器运转时成为引起附带的化学反应的因素而使双电层电容器的容量减少(降低长期寿命性能)。为了解决这样的问题，以往提出了方法：将活性炭用盐酸、硫酸、硝酸等酸性溶液洗涤而去除存在于活性炭表面的金属杂质后，经由中和处理过程来制造活性炭。这样的方法虽然对去除存在于活性炭表面的金属杂质有效，但由于在洗涤过程中产生羧基、内酯基、苯酚基、羰基等氧官能团，使活性炭的表面氧官能团的数量增加，因此在提高双电层电容器的性能方面存在局限。此外，由于需要进一步进行中和处理的过程，因此存在使活性炭的制造时间和费用增加的问题。
技术实现思路
所要解决的课题为了解决上述问题，本专利技术的目的在于，提供一种使存在于表面的氧官能团的数量受到控制的双电层电容器电极用活性炭。此外，本专利技术的目的在于，提供上述双电层电容器电极用活性炭的制造方法。解决课题的方法为了实现上述目的，本专利技术提供表面氧浓度指数为0.08以下的双电层电容器电极用活性炭。此外，本专利技术提供双电层电容器电极用活性炭的制造方法，其包括：a)使碳质原料活化而制造预活性炭的步骤；b)用超纯水洗涤上述预活性炭的步骤；及c)在混合有还原性气体和非活性气体的混合气体的存在下，对上述超纯水所洗涤的预活性炭进行热处理的步骤。专利技术效果由于本专利技术通过超纯水洗涤和还原处理过程来制造活性炭，因此使存在于活性炭表面的氧官能团的数量受到控制，从而能够提供表面氧浓度指数低的双电层电容器电极用活性炭。此外，由于本专利技术将表面氧浓度指数低的活性炭应用于双电层电容器的电极，因此能够提供具有高容量且循环特性优异、自放电和漏电最低的双电层电容器。附图说明图1是用于说明本专利技术的实验例2的参考图。具体实施方式以下，对本专利技术进行说明。本专利技术涉及制造双电层电容器的电极时所使用的活性炭及其制造方法，本专利技术的活性炭的特征在于，因存在于表面的氧官能团的数量受到控制而使表面氧浓度指数低。一般而言，在将由存在金属杂质或氧官能团的活性炭制造的电极应用于双电层电容器的情况下，在双电层电容器运转时，存在因金属杂质和/或氧官能团附带的化学反应而使双电层电容器的性能降低的问题。因此，以往经由如下过程制造活性炭：为了去除活性炭中存在的金属杂质，用酸性溶液洗涤活性炭，并且为了将pH调节为7～8左右，进行中和处理。然而，用酸性溶液洗涤活性炭会产生羧基、内酯基、苯酚基、羰基等氧官能团(Langmuir2004,20,2233-2242,JournalofHazardousMaterials2008,159,523-527)，从而存在活性炭表面的氧浓度变高的问题。因此，为了降低表面的氧浓度变高的活性炭的氧浓度，不得不以高于对未用酸性溶液洗涤的活性炭进行热处理的温度的温度进行热处理。然而，在如此进行热处理的情况下，虽然能够降低氧浓度，但产生因高热处理而结果使双电层电容器的容量减少的问题。即，在用以往的方法制造活性炭时，为了去除洗涤过程中产生的氧官能团，需要进一步的处理过程，从而导致了活性炭的制造效率降低，而且即使进行进一步的处理过程，也难以去除氧官能团，从而在得到具有所要求的物性的活性炭方面存在局限。由此，本专利技术通过将活性炭用超纯水进行洗涤并且进行还原处理，解决了以往方法所具有的问题，对此具体说明如下。1.双电层电容器电极用活性炭本专利技术的双电层电容器电极用活性炭(以下，称为“活性炭”)的表面氧浓度指数为0.08以下(具体为0.01至0.07)。上述表面氧浓度指数是指，利用X射线光电子能谱法(X-rayPhotoelectronSpectroscopy，XPS)分析活性炭而得到的O1s的峰强度(peakintensity)与C1s的峰强度的比率(O1s/C1s)。这样，在将由表面氧浓度指数为0.08以下的本专利技术的活性炭制造的电极应用于双电层电容器时，能够提高双电层电容器的循环特性，并且还能够明显减少自放电和漏电。这样的本专利技术的活性炭的比表面积和表面氧官能团没有特别限制，当考虑双电层电容器的性能时，比表面积优选为500至3000m2/g，表面氧官能团优选为0.4meq/g以下。2.双电层电容器电极用活性炭的制造方法本专利技术提供上述活性炭的制造方法。即，本专利技术通过控制存在于表面的氧官能团的数量来提供制造表面氧浓度指数低的、即0.08以下的活性炭的方法，对此具体说明如下。a)活化首先，使碳质原料活化而制造预活性炭。上述碳质原料没有特别限制，作为非限制性例子，可举出石油焦炭、煤焦炭、沥青、碳化的植物(例如，椰子)、合成树脂(例如，苯酚树脂)、石墨烯(graphene)、碳纳米管(CarbonNanotube)、碳洋葱(carbononion)等。使这样的碳质原料活化的方法没有特别限制，作为非限制性的例子，可举出利用KOH或NaOH等的化学活化，或者利用高温水蒸气的活化等。另一方面，预活性炭的粒子大小没有特别限制，可以为D10/D50/D90(1至4μm/5至11μm/12至20μm)。b)洗涤用超纯水(deionizedwater，>10MΩ·cm)洗涤上述制造的预活性炭。上述超纯水的温度没有特别限制，优选为60至80℃。这是因为，在洗涤温度低于60℃的情况下，预活性炭的洗涤效果可能会降低，在超过80℃的情况下，用于维持高温的能源费用会增加。此外，当考虑洗涤效果时，用超纯水洗涤的过程优选进行1至3次。在这样用超纯水洗涤预活性炭的情况下，能够在不使预活性炭的氧浓度增加的同时有效去除预活性炭中存在的金属杂质(例如，钾)。另一方面，用超纯水洗涤后的预活性炭优选经历干燥过程以便良好地实现后述的热处理。c)热处理在混合有还原性气体和非活性气体的混合气体的存在下，对上述用超纯水洗涤后的预活性炭进行热处理。在混合有上述还原性气体的混合气体的存在下对预活性炭进行热处理时，即使在较低的温度下进行热处理也能够得到高还原效率。具体而言，进行热处理的温度没有特别限制，优选为700至1300℃。此外，进行热处理的时间也没有特别限制，优选为30分钟至2小时。另一方面，上述还原性气体没有特别限制，作为非限制性的例子，可举出氢。此外，上述非活性气体也没有特别限制，可举出氮气、氦气、氩气等。其中，还原性气体与非活性气体的混合比率没有特别限制，以混合气体100体积％为基准，氢气优选为1至4体积％，非活性气体优选为96至99体积％。这样的本专利技术的活性炭的制造方法的特征在于，省略了用酸性溶液洗涤的步骤。即，本专利技术在洗涤预活性炭时不使用酸性溶液而使用超纯水，由此，本专利技术能够通过控制活性炭中存在的氧官能团的数量而简单地制造表面氧官能指数低的活性炭。因此，在利用本专利技术的制造方法制造活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双电层电容器电极用活性炭，其表面氧浓度指数为0.08以下。

【技术特征摘要】
2015.10.15 KR 10-2015-01442331.一种双电层电容器电极用活性炭，其表面氧浓度指数为0.08以下。2.根据权利要求1所述的双电层电容器电极用活性炭，所述表面氧浓度指数是利用X射线光电子能谱法分析所述活性炭而得到的O1s的峰强度与C1s的峰强度的比率即O1s/C1s。3.根据权利要求1所述的双电层电容器电极用活性炭，其比表面积为500至3000m2/g，表面氧官能团为0.4meq/g以下。4.一种双电层电容器电极用活性炭的制造方法，其包括：a)使碳质原料活化而制造预活性炭的步骤；b)用超纯水洗涤所述预活性炭的步骤；及c)在混合有还原性气体和非活性气体的混合气体的存在下，对用所述超纯水洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑煐珍，赵问圭，李政埈，李镕宝，
申请(专利权)人：GS爱能吉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR