一種由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法
2023-09-17 23:13:55 1
專利名稱：一種由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法
一種由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法
技術領域：
本發明涉及一種由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法。屬電化學和新能源材料領域。
背景技術：
隨著社會經濟的迅速發展，能源危機、資源短缺、環境汙染成為人類生存面臨的嚴峻挑戰，尋找環境友好，可再生，節約型的二次能源成為人類社會可持續發展亟待解決的任務。超級電容器是20世紀60 70年代發展起來的一種介於傳統電容器和電池之間的新型儲能元件，具有高比容量，高功率密度，循環壽命長，對環境無汙染等優點，在移動通訊、信息技術、工業領域、消費電子、電動汽車、航空航天和國防科技等方面具有重要和廣闊的應用前景，已引起各國學術界和工業界的廣泛關注。超電容器電極通常採用具有高比表面積的多孔炭材料，包括活性炭粉末、活性炭纖維、碳納米管，炭黑等。一般情況下，活性炭的導電性能不佳，電極的製備過程中通常需要加導電劑等來降低電阻，過程較繁瑣；直接用納米碳管加粘結劑製備電極，過程簡便，但成本很高，且比容量不如活性炭電極大；選用高比表面炭黑作電極材料，因為炭黑的導電性良好，不需其他添加劑，電極的製備過程簡便， 且炭黑的製備技術成熟，原料廣泛，製備成本低，適於工業化生產。熱解炭黑作為輪胎熱解的關鍵產物，其應用價值直接決定了廢輪胎熱解回收過程的經濟性。如何改善輪胎熱解炭黑的性能，提高其實用價值，成為廢輪胎資源回收綜合利用的重要環節。
發明內容鑑於此，本發明提供了一種由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法，不僅可以有效地回收了廢舊資源，而且大大提高了廢輪胎熱解炭的實用價值。該方法得到的炭材料具有炭黑的優良性質，用做電極材料，有可能製成具有較低電極電阻、製備方法簡便而且成本低廉的雙電層電容器。本發明的具體步驟如下(1)將廢輪胎熱解炭黑粉末用有機溶劑抽提除去原料中油分，稀酸洗滌除去其中的金屬氧化物，硫化物等雜質，所得炭黑固體粉末晾乾備用；(2)將步驟(1)所得固體粉末以水蒸氣，二氧化碳，氫氧化鉀或氫氧化鈉，硝酸，氯化鋅等為活化劑，在200 IOOiTC活化處理1 4小時，再經水洗，乾燥等後處理得到所需的炭質電極材料。本發明中所述的有機溶劑選自甲苯、石油醚、二氯甲烷或乙醇；稀酸選自稀硫酸、 稀鹽酸或稀硝酸；活化處理過程包括但不限於物理活化(水蒸氣，二氧化碳活化)和化學活化(氫氧化鉀，氫氧化鈉，硝酸，氯化鋅等)。本發明的電容器電極材料的性能評價，以本領域常用的測定方法進行高比表面炭黑材料與粘結劑直接混合(粘結劑聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯等；添加量為5 15%)，然後用滴管滴加N-甲基吡咯烷酮或乙醇，將混合物充分研磨均勻，製成超級電容器電極。採用三電極形式測試循環伏安，交流阻抗數據；採用模擬電容器進行充放電和循環性能測試。 與現有技術相比，本發明的優點體現在(1)以廢輪胎熱解炭作為原料，成本低廉且可以有效地回收了廢舊資源，減少固體廢棄物汙染。(2)通過簡單的表面處理和活化處理就可以得到高比表面的炭電極材料，工藝簡單且可重複性好，有利於批量化生產。(3)本發明中可根據需要，通過不同的活化處理方法改變孔道結構及比表面大小。(4)本發明中所製備的電容器電極具有較高的比電容，較長的循環使用壽命，電化學綜合性能良好。
圖1為實施例3中所得炭材料在KOH電解液中不同掃描速度下的循環伏安曲線。圖2為實施例3中所得炭材料在KOH電解液中不同電流密度下的充放電曲線。圖3為實施例3中所得炭材料在KOH，H2SO4電解液中的循環性能曲線。
具體實施方式下面以實施例的方式進一步說明本發明的特徵，但本發明並不局限於下述實施例。實施例1將廢輪胎熱解炭黑用甲苯作溶劑抽提除去油分，稀硫酸洗滌除去氧化物、硫化物等無機灰分。取表面處理後的炭黑原料，在800°C下水蒸氣處理2小時，得到比表面為 830m2/g的炭材料。將得到的炭材料與聚四氟乙烯按質量比95 1混合，滴加乙醇後充分混合均勻，製成超級電容器電極。然後對其電化學性能進行測試，結果表明，在6M KOH為電解液中以lA/g電流密度工作時，質量比電容為57F/g。實施例2本實施例的方法與實施例1基本相同，所不同的僅僅是在製備過程中，800°C下水蒸 氣處理4小時，得到的炭材料的比表面為1071m2/g。電化學性能表徵也與實施例1相同，測試結果表明，在6M KOH為電解液中以lA/g電流密度工作時，質量比電容為70F/g。實施例3本實施例的方法與實施例2基本相同，所不同的僅僅是在製備過程中，800°C下水蒸氣處理4小時後，再用硝酸進一步活化，得到的炭材料的比表面與實施例2得到的炭材料基本相同。但該材料製成電容器電極，在6M KOH和IM H2SO4電解液中的比電容分別為 105F/g和 100F/g。
權利要求
1.一種由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟(1)將廢輪胎熱解炭黑粉末用有機溶劑抽提除去原料中油分，稀酸洗滌除去其中的金屬氧化物，硫化物等雜質，所得炭黑固體粉末晾乾備用；(2)將步驟(1)所得固體粉末以水蒸氣，二氧化碳，氫氧化鉀或氫氧化鈉，硝酸，氯化鋅等為活化劑，在200 IOOiTC活化處理1 4小時，再經水洗，乾燥等後處理得到所需的炭質電極材料。
2.如權利要求1所述的由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法，其特徵在於，採用廢輪胎熱解炭作為原料，成本低廉且可以有效地回收了廢舊資源，減少固體廢棄物汙染。
3.如權利要求1所述的由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法，其特徵在於，有機溶劑選自甲苯、石油醚、二氯甲烷或乙醇；稀酸選自稀硫酸、稀鹽酸或稀硝酸。
4.如權利要求1所述的由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法，其特徵在於，所述活化處理過程包括但不限於物理活化(水蒸氣，二氧化碳活化)和化學活化(氫氧化鉀， 氫氧化鈉，硝酸，氯化鋅等)。
5.如權利要求1所述的由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法，其特徵在於，還包括步驟對活化處理的炭質材料依次進行洗滌、過濾、乾燥後處理。
6.如權利要求1所述的由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法，其特徵在於，用作雙電層電容的電極並製成超級電容器。
全文摘要
本發明公開了一種由廢輪胎熱解炭製備電容器電極材料的方法，屬於電化學和新能源材料領域。該方法以廢輪胎熱解炭作為原料，經過改性處理後，將其進一步活化處理，即得到所需的電容器用多孔炭黑電極材料。該方法製備的炭黑電極材料具有比表面高，孔體積大，孔結構可調等特點，將其製得超級電容器電極比電容顯著增加，綜合性能良好。本發明方法所需原料廉價，且有效地回收了廢舊資源，大大提高了廢輪胎熱解炭的附加值，製備工藝簡單，反應條件易於控制，對設備要求不苛刻，適於產業批量化生產。
文檔編號H01G9/058GK102214516SQ20111006445
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月17日 優先權日2011年3月17日
發明者劉雙喜, 張翠, 董小婷, 韓燕 申請人:南開大學