本公開(kāi)涉及沸石模板碳(ztc)的應(yīng)用。具體而言，本文公開(kāi)了由ztc生成的超級(jí)電容器電極以及用于生成ztc的方法。

背景技術(shù)：

1、超級(jí)電容器是儲(chǔ)存電能的電化學(xué)電容器。與傳統(tǒng)電池或常規(guī)電容器相比，超級(jí)電容器的重量更輕、放電更快、充電更快、充電周期壽命更長(zhǎng)、并且溫度性能優(yōu)異。超級(jí)電容器的性能與多種因素相關(guān)，這些因素包括電解質(zhì)的選擇和電極材料的組成。電容與電極表面積成正比；因此，采用比表面積高的電化學(xué)惰性材料。常規(guī)的電極材料包括活性炭、金屬氧化物或石墨。

2、常規(guī)的電極材料缺乏均勻的孔隙和通道，或者存在阻礙離子交換的“死孔”。此外，難以大批量生產(chǎn)具有一致性的傳統(tǒng)材料，并且存在生產(chǎn)結(jié)果不一致的情況。因此，需要一種具有高電容和大表面積的用作超級(jí)電容器電極的材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本文公開(kāi)了一種生成沸石模板碳(ztc)的方法，該沸石模板碳用作超級(jí)電容器電極中的活性材料。該方法包括以下步驟：提供選定尺寸的cax沸石；在塞流反應(yīng)器中使用有機(jī)前體對(duì)cax沸石進(jìn)行碳?xì)庀喑练e，以生成ztc-沸石組合物。在高溫下進(jìn)行所述碳?xì)庀喑练e。該方法還包括以下情況：冷卻ztc-沸石組合物；通過(guò)引入惰性氣流將ztc-沸石組合物加熱規(guī)定的時(shí)長(zhǎng)，其中將ztc加熱到820k至1180k范圍內(nèi)的石墨化溫度，以生成石墨化的ztc-沸石組合物；冷卻石墨化的ztc-沸石組合物；以及用酸洗滌石墨化的ztc-沸石組合物，以生成制備的ztc。所制備的ztc能用作超級(jí)電容器電極中的活性材料，并且具有選定的表面積。在一些實(shí)施方案中，惰性氣流為含氦氣的氦氣流。在一些實(shí)施方案中，惰性氣流為含氮?dú)獾牡獨(dú)饬?。將惰性氣流加熱?/p>

2、在一些實(shí)施方案中，有機(jī)前體選自包括丙烯、乙醇、乙炔以及它們的組合的組。在其他實(shí)施方案中，有機(jī)前體包括丙烯。在一些實(shí)施方案中，酸選自包括hcl、hf以及它們的組合的組。該方法還包括將制備的ztc干燥的步驟。在一些實(shí)施方案中，所制備的ztc限定了在1.5nm至2nm范圍內(nèi)的微孔和在2nm至5nm范圍內(nèi)的中孔。高溫在800k至1080k的范圍內(nèi)。

3、本文還公開(kāi)了一種包括電極的超級(jí)電容器，其中電極包括活性材料和金屬組分。活性材料包括通過(guò)本文所要求保護(hù)的方法生成的沸石模板碳(ztc)。該超級(jí)電容器還包括含有h2so4的電解質(zhì)溶液和膜隔板。

4、在一些實(shí)施方案中，超級(jí)電容器在15a/g的高電流密度下保持最高達(dá)75％的電容。在一些實(shí)施方案中，ztc的表面積在2500m2/g至3000m2/g的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，ztc的微孔密度為大于1.0cm3/g。在一些實(shí)施方案中，超級(jí)電容器的電容在100f/g至250f/g的范圍內(nèi)。

5、本文還公開(kāi)了一種生成沸石模板碳(ztc)的方法，該沸石模板碳用作超級(jí)電容器電極中的活性材料。該方法包括以下步驟：提供nax沸石；引發(fā)nax沸石和ca+2離子發(fā)生離子交換，以生成大的結(jié)晶鈣(lcax)沸石；以及在塞流反應(yīng)器中使用乙炔對(duì)lcax沸石進(jìn)行碳?xì)庀喑练e，以生成ztc-沸石組合物。在高溫下進(jìn)行所述碳?xì)庀喑练e。該方法還包括以下情況：冷卻ztc-沸石組合物；通過(guò)引入惰性氣流將ztc-沸石組合物加熱規(guī)定的時(shí)長(zhǎng)，其中將ztc加熱到820k至1180k范圍內(nèi)的石墨化溫度，以生成石墨化的ztc-沸石組合物；冷卻石墨化的ztc-沸石組合物；以及用酸洗滌石墨化的ztc-沸石組合物，以生成制備的ztc。制備的ztc能用作超級(jí)電容器中電極的活性材料，并且具有選定的表面積。在一些實(shí)施方案中，惰性氣流為氦氣流。將惰性氣流加熱。

6、在一些實(shí)施方案中，高溫在820k至873k的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，該方法還包括使用乙炔對(duì)石墨化的ztc-沸石組合物進(jìn)行第二次碳?xì)庀喑练e的步驟。在高溫下進(jìn)行所述第二次碳?xì)庀喑练e。在一些實(shí)施方案中，高溫在800k至873k的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，酸選自包括hcl、hf以及它們的組合的組。

技術(shù)特征：

1.一種生成沸石模板碳(ztc)的方法，該沸石模板碳(ztc)用作超級(jí)電容器的電極中的活性材料，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述惰性氣流包括氦氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述惰性氣流包括氮?dú)狻?/p>

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述有機(jī)前體選自由丙烯、乙醇、乙炔以及它們的組合組成的組。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述有機(jī)前體包括丙烯。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述酸選自由hcl、hf以及它們的組合組成的組。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將所述制備的ztc干燥的步驟。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述制備的ztc限定了在1.5nm至2nm范圍內(nèi)的微孔和在2nm至5nm范圍內(nèi)的中孔。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述高溫在800k至1080k的范圍內(nèi)。

10.一種超級(jí)電容器，其包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超級(jí)電容器，其中所述超級(jí)電容器在15a/g的高電流密度下保持最大75％的電容。

12.根據(jù)權(quán)利要求10至11中任一項(xiàng)所述的超級(jí)電容器，其中所述ztc的表面積在2500m2/g至3000m2/g的范圍內(nèi)。

13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的超級(jí)電容器，其中所述ztc具有大于1.0cm3/g的微孔密度。

14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的超級(jí)電容器，其中所述超級(jí)電容器的電容在100f/g至250f/g的范圍內(nèi)。

15.一種生成沸石模板碳(ztc)的方法，該沸石模板碳(ztc)用作超級(jí)電容器的電極中的活性材料，所述方法包括以下步驟：

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述惰性氣流包括氦氣。

17.根據(jù)權(quán)利要求15至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述高溫在820k至873k的范圍內(nèi)。

18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟：

19.根據(jù)權(quán)利要求15至16或18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述高溫在800k至873k的范圍內(nèi)。

20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述酸選自由hcl、hf以及它們的組合組成的組。

技術(shù)總結(jié)
使用ZTC作為超級(jí)電容器電極的活性材料。該ZTC是由CaX或NaX模板生成的。利用乙炔、乙醇或丙烯進(jìn)行碳?xì)庀喑练e。將ZTC?沸石組合物石墨化、冷卻，以及經(jīng)過(guò)酸洗以去除沸石模板。該方法生成的ZTC的特征是具有高表面積，并且能用作超級(jí)電容器中的活性材料。該超級(jí)電容器的特征還可以是具有H<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;電解質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：Y·王,艾哈邁德·D·哈馬德,拉什德·奧斯曼
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沙特阿拉伯石油公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15