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具有儲能特征的活性碳纖維材料的制造方法
來源:
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作者:pro10845f02
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發布時間: 2014-08-28
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背景技術
具有高比電容性能的碳基材料已經廣泛用于電化學電容器中，如活性炭、活性碳纖維、炭氣凝膠、碳納米管、石墨烯等。雖然炭氣凝膠、碳納米管、石墨烯等材料性能優異，但目前工業化生產技術還不成熟，價格很高，制約了它們的商品化進程。目前商品用的碳基材料主要為活性炭和活性碳纖維材料。
與活性炭相比，活性碳纖維質量比容量高，導電性好，能提供良好的反應路徑，具有優異的強度和成型性能等特點，在電化學電容器中的應用越來越受到重視，但是活性碳纖維成本較高，價格是活性炭的5?100倍，極大限制了活性碳纖維在電化學電容器中的應用。因此，目前關于高比電容碳纖維制備方法的研究較多地集中在降低成本方面，如使用廉價原料，簡化制備工藝等。
與碳纖維原絲為原料進行活化的活性碳纖維制備過程相比，利用預氧絲為原料制備活性碳纖維可以大幅度降低成本。典型的制備方法是將預氧絲纖維在低溫(200?400°C)下進行穩定化處理，然后進行炭化和活化通過改變活化劑種類、活化時間、活化溫度等實驗條件來提高活性碳纖維性能。
還有采用粘膠纖維布作為原材料，采用磷酸氫二銨作為浸潰劑，通過浸潰、烘干、碳化、活化、后處理等五步工序制備活性碳纖維，其比表面積大于1500m2/g，用作活性碳纖維電極有效提高了電化學電容器的容量，降低了電容器的內阻；再如超級電容器專用活性炭纖維布的制備方法，采用磷酸銨類活化劑和氯化鉀催化劑的混合液作為浸潰劑，將浸潰完成的原料布在280°C?320°C條件下進行前處理炭化，然后在水蒸氣氣氛中，800?950°C條件下進行活化處理過程，最后經洗滌、烘干過程制備超級電容器電極材料，產品比表面積達到2000m2/g，中孔率可達到30%，具有儲能密度大、放電功率高等特點。以上兩個專利中的工藝路線都包括碳化、活化和后處理工藝，工藝路線較長、影響因素多，通過改變工藝條件雖然得到了較為理想的電化學儲能性能，但也使活性碳纖維材料制備過程中能耗增加、成本升高。
據恒志信網消息：國內最新研制成功一種以市售聚丙烯腈預氧絲為原料、以強堿為活化劑，一步活化法制備具有儲能特征的活性碳纖維材料的方法。
有益效果:
新技術所制備的的活性碳纖維比表面積為1200_2500m2/g，孔徑分布窄，中孔率可達20%?60%。所制備的活性碳纖維電極可以用于對稱型電化學電容器或不對稱型電化學電容器，電解液可以是酸性、中性、堿性等水溶液，也可以是有機電解液，具有較大比電容和較小的內阻，充放電性能、循環穩定性優異。該方法制備流程短，操作簡單，減少能耗，極大地降低了活性碳纖維材料的制備成本，提高了活性碳纖維材料的制備效率。
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