【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于双电层电容器的煤沥青基多孔炭制备方法，属于新能源材料制备。
技术介绍
1、超级电容器作为一种集普通电容器与电池优点于一体的新型电荷存储器件，具有周期稳定性长、充放电速率快、能量转换效率高和使用温度范围宽等特点。超级电容器包括电双层电容器、赝电容器和混合电容器，其中双电层电容器是由两个具有高表面积的多孔炭电极组成，电解质中的离子被吸附到电极表面，电极表面积累的相反信号的离子数量与施加的电压成正比，形成所谓的“双电层”。纯双电层电容器的电荷存储机制是非法拉第反应，即器件在充放电过程中，电极-电解质界面处不发生电荷或传质损失，储能是纯静电的，因此对电极的完整性和稳定性无害，具有更好的循环性能。
2、多孔炭具有成本低、比表面积大、化学稳定性好、电导率高等优点，被认为是目前最有前途的双电层电容电极材料。目前用于超级电容器的多孔炭材料主要是通过合成有机高分子、化石燃料、生物质等制备得到，其中合成有机高分子的原料也源自于化石燃料这些非可再生资源。煤沥青作为煤化工产业的副产品，是煤焦油经蒸馏之后的重质残余物，占其质量55%以上，具有含碳量高、灰分低、来源稳定和良好的热塑性等优点，且来源广、成本低廉，适宜于作为商业化和工业化制备各种功能性碳材料的前驱体。为了提高超级电容器的性能，人们对多孔炭电极的比表面积、孔隙结构等物理化学性质进行了大量的优化研究，具有微孔/介孔/大孔的分层多孔炭是一种理想的超级电容器电极材料，其中微孔为电荷存储提供活性表面，介孔为离子转移通道，大孔为电解质储层。因此，如何有效调控多孔炭的比表面
技术实现思路
1、为了获得性能优异的用于双电层电容器的电极材料，本专利技术的目的是提供一种用于超级电容器的煤沥青基多孔炭制备方法。该制备方法工艺简单、成本低廉、设备简单，制备的材料用作双电层电容器的电极片，比容量高，倍率性能好。
2、为了实现上述专利技术目的，解决现有技术中所存在的问题，本专利技术采取的技术方案是：一种用于超级电容器的煤沥青基多孔炭制备方法，包括以下步骤：
3、（1）将200目-300目的煤沥青粉末与200目-300目的酚醛树脂粉末混合得到混合物，煤沥青粉末与酚醛树脂粉末的质量比（2-5）：1；
4、（2）取混合物于氩气气氛的管式炉中在300℃-400℃下预碳化1-3h，得到预碳化产物；
5、（3）将预碳化产物和氢氧化钾研磨混合均匀，在氩气保护下进行高温碳化和活化，温度从室温升至800oc-900oc，恒温1-3h，冷却至室温，得到碳化活化产物；
6、所述预碳化产物与氢氧化钾的质量比为1：（1~5）；
7、（4）将碳化活化产物溶液去离子水中，酸化至中性；经洗涤、离心、干燥，得到沥青基多孔炭。
8、煤沥青粉末与酚醛树脂粉末的混合方式为：将煤沥青粉末与酚醛树脂粉末加入到有机溶剂中并超声处理。
9、煤沥青粉末与酚醛树脂粉末的混合方式为：将煤沥青粉末和酚醛树脂粉末置于行星式球磨机的球磨罐中，在350-550r min-1的转速下球磨处理。
10、所述沥青基多孔炭用于双电层电容器电极材料。
11、进一步地，制备方法具体包括以下步骤：
12、步骤1、将来自梅山钢铁的高软化点沥青研磨并200目筛网过筛，将热固性酚醛树脂初步粉碎，于1000 r min-1球磨机中球磨处理2 h，得到300目酚醛树脂粉末。将煤沥青与酚醛树脂粉末以3:1的比例通过不同方式混合，包括n，n-二甲基甲酰胺（dmf）溶解沥青并超声分散、350 r min-1和550 r min-1的行星式球磨机球磨12 h混合。取2 g上述得到的混合物于氩气气氛的管式炉中在300 ℃下预碳化2 h，升温速率为5 ℃min-1。
13、步骤2、将步骤1得到的预碳化产物和氢氧化钾充分研磨混合均匀，在氩气保护下进行高温碳化和活化，温度从室温以5 oc min-1的升温速率升至850 oc，恒温2 h，冷却至室温，得到产物，所述预碳化产物与氢氧化钾的质量比为1：1~6。
14、步骤3、将步骤2得到的碳化活化产物溶解于40 ml去离子水中，5000 r min-1离心后二次溶解并滴加少量稀释后盐酸至中性，经过2~3次去离子水洗涤和离心处理，沉淀物于80 ℃烘箱中烘干后得到煤沥青基多孔炭。
15、所述制备方法制得的煤沥青基多孔炭用于双电层电容器电极材料。
16、与已有技术相比，本专利技术具有以下效果：
17、（1）由硬炭如酚醛树脂衍生的具有短程有序结构的非晶态多孔炭有较大的比表面积，有助于提供高电容和由此产生的器件的高能量密度。而由软碳如煤沥青衍生的具有长程有序结构的石墨碳材料可以满足高电导率的要求，并进一步导致良好的功率密度。本专利技术综合了上述两种碳材料的优异性能，制备了煤沥青和酚醛树脂为碳源的软硬碳复合材料，作为双电层电容器电极材料具有较高比电容、较低的电荷转移电阻和优异的循环及倍率性能。
18、（2）传统的模板法需要额外去除模板而增加成本及造成一定的污染，本专利技术采用了高温下会分解成碳的热固性酚醛树脂作为碳源和模板，避免了使用额外的酸或者碱去除模板，降低了成本和污染，并有效调控了所得多孔炭材料的比表面积和孔隙分布。
19、（3）该制备方法操作过程简单，成本低廉，可提供高性能的双电层电容器电极材料，同时实现了煤焦油副产物即煤沥青和废弃的热固性酚醛树脂的高效清洁及高附加值利用。
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1.一种用于超级电容器的煤沥青基多孔炭制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的煤沥青基多孔炭制备方法，其特征在于：煤沥青粉末与酚醛树脂粉末的混合方式为：将煤沥青粉末和酚醛树脂粉末置于行星式球磨机的球磨罐中，在350-550 r min-1的转速下球磨处理。
3.根据权利要求1-2任一所述制备方法制得沥青基多孔炭的应用，其特征在于：所述沥青基多孔炭用于双电层电容器电极材料。
【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器的煤沥青基多孔炭制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的煤沥青基多孔炭制备方法，其特征在于：煤沥青粉末与酚醛树脂粉末的混合方式为：将煤沥青粉末和...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥桐，顾贵宾，赵鑫，邱介山，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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