一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃pvc基电极材料及其制备方法

一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃pvc基电极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃PVC基电极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器是一种新型的具有高能量密度、长循环寿命和充电时间短的绿色储能装置，在电动汽车、不间断电源、航空航天、军事等诸多领域都具有极其广泛的用途。活性炭由于比表面积高、化学稳定性良好、价格低廉和制备方法简单等优点，已成为一种常用的超级电容器电极材料。然而由于活性炭存在孔径小、少、不规则，电解质离子很难进入微孔碳的孔道中，离子传输受阻，碳材料的比表面积利用率不高，从而导致电极的充放电性能受到限制。除孔径之外，电极材料的表面功能基团也是影响其电化学性能的重要因素之一。通常，氮功能化碳材料不仅可以通过氮原子的引入增加材料中亲水的极性活性点，提高电解液对材料的浸润性，还可以提高材料的储电荷能力。此外，还可以含氮功能基团可以带来准法拉第效应，从而明显提高碳基超级电容器的比电容。随着PVC塑料的广泛应用，如何回收利用不断增加的废弃PVC成为迫切需要解决的问题，伴随着科技的发展，废弃PVC的资源化利用的新技术在不断的发展，目前在超级电容器的各种电极材料中，以废弃PVC资源为原料通过化学活化方法制备具有较高的比表面积的碳材料，是一种较为理想的超级电容器电极材料，也是解决“白色污染”的有效手段之一。

【发明内容】

[0003]本发明的目的是提供一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃PVC基电极材料及其制备方法。
[0004]为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:
一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃PVC基电极材料，由下列重量份的原料制成:氧化石墨烯2-3、磷酸铁锂1-2、硝酸铁1-2、氢氧化铋1-2、硼化二铬2-3、改性废弃PVC基活性炭100-120、蒸馏水8-16、交联剂TAC1-2、丁苯橡胶1-2 ；
所述改性废弃PVC基活性炭是由下列重量份的原料制成:偏硅酸钠1-2、沉淀法白炭黑2-3、甲基三乙氧基硅烷2-3、氟化锆1-2、硬脂酸锌1-2、四氯化钛2-3、三氟化铁1_2、废弃PVC材料400-500、重铬酸钾20-30、氨水40-60 ；制备方法是(I)将废弃的PVC粉碎成颗粒均匀的平铺在陶瓷蒸发皿上，在氧气的环境中，以5° C/min的速度升温，在300-350° C维持2-3小时，结束后再将废弃的PVC和重铬酸钾混合均匀放入煅烧炉中，以每分钟10?30° C的速度升温，加热至600-700° C获得活化的活性炭，自然冷却至室温，将活性炭、甲基三乙氧基硅烷、偏硅酸钠和其余剩余物质混合，加热至80-90° C时搅拌反应20-40分钟，再加到氨水中，控制压强在2-3MPa温度在100-120° C下维持2_3小时，取出烘干球磨成200-400目粉末，即可。
[0005]本发明所述一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃PVC基电极材料，由以下步骤具体制成:
(1)将蒸馏水、丁苯橡胶和改性废弃PVC基活性炭混合搅拌均匀，加热至50-60°C，形成浆料，喷雾干燥后备用；
(2)将步骤(I)的产物和交联剂TAC及其余剩余物质混合研磨，研磨后置于管式炉中，通入纯氨气，在400-600° C温度下退火处理2-4小时，得到氮包覆的废弃PVC基复合电极材料。
[0006]本发明的优点是:本发明利用废弃的PVC材料制备的活性炭，具有比表面积大、导电效率高、制备工艺简单等优点，掺杂具有良好比表面积和导电性的氧化石墨稀，制备出的超级电容器具有良好的充放电稳定性、高的比电容值、高的比功率和高的比能量值。
[0007]具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
[0008]一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃PVC基电极材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:氧化石墨烯3、磷酸铁锂1、硝酸铁1、氢氧化铋2、硼化二铬3、改性废弃PVC基活性炭110、蒸馏水13、交联剂TAC2、丁苯橡胶I ;
所述改性废弃PVC基活性炭是由下列重量份(公斤)的原料制成:偏硅酸钠1、沉淀法白炭黑2、甲基三乙氧基硅烷2、氟化锆2、硬脂酸锌1、四氯化钛2、三氟化铁2、废弃PVC材料400、重铬酸钾26、氨水56 ;制备方法是(I)将废弃的PVC粉碎成颗粒均匀的平铺在陶瓷蒸发皿上，在氧气的环境中，以5° C/min的速度升温，在300-350° C维持2_3小时，结束后再将废弃的PVC和重铬酸钾混合均匀放入煅烧炉中，以每分钟10?30° C的速度升温，加热至600-700° C获得活化的活性炭，自然冷却至室温，将活性炭、甲基三乙氧基硅烷、偏硅酸钠和其余剩余物质混合，加热至80-90° C时搅拌反应20-40分钟，再加到氨水中，控制压强在2-3MPa温度在100-120° C下维持2_3小时，取出烘干球磨成200-400目粉末，即可。
[0009]本发明所述一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃PVC基电极材料，由以下步骤具体制成:
(1)将蒸馏水、丁苯橡胶和改性废弃PVC基活性炭混合搅拌均匀，加热至50-60°C，形成浆料，喷雾干燥后备用；
(2)将步骤(I)的产物和交联剂TAC及其余剩余物质混合研磨，研磨后置于管式炉中，通入纯氨气，在400-600° C温度下退火处理2-4小时，得到氮包覆的废弃PVC基复合电极材料。
[0010]以实施例中的电极材料和导电剂、粘结剂按照比例混合，加入少量的无水乙醇混合均匀，均匀涂抹在不锈钢网集流体上真空干燥，以饱和甘汞电极为参比电极，聚四氟乙烯为隔膜，以6mol/l的KOH电解质水溶液为电解液，在1.2-2.5V的范围内，在恒流(5mA)下进行循环测试，容量:1.71F,内阻:1.6Ω.m，循环容量保持率(％):98.6。
【主权项】
1.一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃PVC基电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:氧化石墨烯2-3、磷酸铁锂1-2、硝酸铁1-2、氢氧化铋1-2、硼化二铬2-3、改性废弃PVC基活性炭100-120、蒸馏水8-16、交联剂TAC1-2、丁苯橡胶1_2 ； 所述改性废弃PVC基活性炭是由下列重量份的原料制成:偏硅酸钠1-2、沉淀法白炭黑2-3、甲基三乙氧基硅烷2-3、氟化锆1-2、硬脂酸锌1-2、四氯化钛2-3、三氟化铁1_2、废弃PVC材料400-500、重铬酸钾20-30、氨水40-60 ；制备方法是(I)将废弃的PVC粉碎成颗粒均匀的平铺在陶瓷蒸发皿上，在氧气的环境中，以5° C/min的速度升温，在300-350° C维持2-3小时，结束后再将废弃的PVC和重铬酸钾混合均匀放入煅烧炉中，以每分钟10?30° C的速度升温，加热至600-700° C获得活化的活性炭，自然冷却至室温，将活性炭、甲基三乙氧基硅烷、偏硅酸钠和其余剩余物质混合，加热至80-90° C时搅拌反应20-40分钟，再加到氨水中，控制压强在2-3MPa温度在100-120° C下维持2_3小时，取出烘干球磨成200-400目粉末，即可。2.根据权利要求1所述一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃PVC基电极材料，其特征在于，由以下步骤具体制成: (1)将蒸馏水、丁苯橡胶和改性废弃PVC基活性炭混合搅拌均匀，加热至50-60°C，形成浆料，喷雾干燥后备用； (2)将步骤(I)的产物和交联剂TAC及其余剩余物质混合研磨，研磨后置于管式炉中，通入纯氨气，在400-600° C温度下退火处理2-4小时，得到氮包覆的废弃PVC基复合电极材料。
【专利摘要】本发明公开了一种具有高体积比电容的氮掺杂废弃PVC基电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：氧化石墨烯2-3、磷酸铁锂1-2、硝酸铁1-2、氢氧化铋1-2、硼化二铬2-3、改性废弃PVC基活性炭100-120、蒸馏水8-16、交联剂TAC1-2、丁苯橡胶1-2；本发明利用废弃的PVC材料制备的活性炭，具有比表面积大、导电效率高、制备工艺简单等优点，掺杂具有良好比表面积和导电性的氧化石墨烯，制备出的超级电容器具有良好的充放电稳定性、高的比电容值、高的比功率和高的比能量值。
【IPC分类】H01G11/34, H01G11/30
【公开号】CN104882293
【申请号】CN201510155412
【发明人】安东升, 李幼琴, 张超
【申请人】安徽江威精密制造有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月2日