萃取溫度對(duì)無(wú)灰煤結(jié)構(gòu)及煤基活性炭電化學(xué)性能的影響

郭秉霖 侯彩霞＊,,2 樊麗華,2 孫 章,2

(1華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，唐山 063210)

(2河北省環(huán)境光電催化材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，唐山 063210)

0 引 言

超級(jí)電容器作為一種清潔高效的能源設(shè)備，因具有功率密度高、低溫性能好、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注[1]。其中雙電層電容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性質(zhì)穩(wěn)定，成為研究熱點(diǎn)。電極材料的優(yōu)劣直接決定著雙電層電容器的電化學(xué)性能[2]，碳基電極材料因具有諸多優(yōu)勢(shì)被廣泛運(yùn)用于制備雙電層電容器電極[3]。碳基電極材料來(lái)源豐富，常見(jiàn)的主要有生物質(zhì)[4]、聚合物和化石燃料[5-6]等。其中煤基電極材料具有電子導(dǎo)電性好[7]、表面官能團(tuán)豐富、孔結(jié)構(gòu)合理等優(yōu)點(diǎn)，且煤炭碳含量高，十分適合用于制備雙電層電容器電極[8]。煤中多含有一定量的灰分，影響活化效果[9-10]；制備成電極后殘余的灰分在電場(chǎng)作用下會(huì)和電解液離子團(tuán)聚影響雙電層形成[11]、降低電極-電解液間的浸潤(rùn)性，導(dǎo)致雙電層電容器的電化學(xué)性能下降[12]。無(wú)灰煤(HPC)制備工藝[13-14]是一種利用溶劑萃取對(duì)煤進(jìn)行脫灰的方法。該方法制備出的HPC幾乎不含灰分，為制備高性能煤基雙電層電容器電極創(chuàng)造了前提。以HPC為原料，經(jīng)KOH活化可制備出比表面積和總孔容分別高達(dá)2 540、1 065 cm3·g-1的活性炭[15]。相較于褐煤基活性炭?jī)H184.2 F·g-1的比電容，本課題組[11]制備的無(wú)灰煤基活性炭的比電容可高達(dá) 337.4 F·g-1。

HPC制備工藝實(shí)際上是對(duì)煤進(jìn)行溶劑熱抽提：通過(guò)溶劑與煤作用，溶劑分子取代煤結(jié)構(gòu)中電子給予接受配體的一部分后將其分開(kāi)，其實(shí)質(zhì)是取代過(guò)程[16]。……