[發(fā)明專利]一種氮摻雜生物基活性炭電極材料的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810566653.4
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108922794A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 佘瀟;朱冠華;許瑞萍;付強;于井銳;陳冬;葛科;龔曉輝;成龍博
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇海基新能源股份有限公司
• 主分類號: H01G11/44
• 分類號: H01G11/44;H01M4/583
• 代理公司: 江陰市揚子專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32309
• 代理人: 隋玲玲

本發(fā)明涉及一種氮摻雜生物基活性炭電極材料的制備方法，包括以下步驟：生物基材料的洗滌；生物基材料與氮源的混合，烘干；碳化；洗滌，烘干，獲得可用于超級電容器的電極材料。本發(fā)明所用原材料來源廣泛，操作簡單，制備的電極材料，在超級電容器中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氮摻雜生物基活性炭電極材料的制備方法，屬于超級電容器，電池等新能源儲能器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，化石能源枯竭日益嚴重，人類已經(jīng)將目光瞄準了太陽能，風(fēng)能，潮汐能等可再生能源，因此如何儲存這些能源成為人類急需解決的問題。超級電容器作一種介于傳統(tǒng)電容器和化學(xué)電池之間的新型儲能器件，具有功率密度高，充放電速率快，循環(huán)穩(wěn)定性好，溫度范圍廣，環(huán)境友好型等優(yōu)點，在儲能領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。除此之外，其還可以應(yīng)用在通信，航天航空，國防等高科技領(lǐng)域。

超級電容器根據(jù)其儲能原理的不同，可以分為雙電層電容超級電容器以及贗電容超級電容器。雙電層電容是由于電解液離子在電極表面與電極形成緊密的電荷層而產(chǎn)生的。活性炭由于導(dǎo)電性能好，具有大的比表面積，來源廣，是一種重要的超級電容器電極材料。但是純的活性炭的比電容不高，一定程度上限制了其的應(yīng)用。而氮源的引入能對活性炭進行氮摻雜，能有效的改善其電化學(xué)性能。

CN105977491A公開了一種氮摻雜分級多孔炭電極材料及其應(yīng)用（北京化工大學(xué)），以動物骨為前軀體，在700~1500°C下炭化，然后酸洗得到該電極材料。該材料具有微孔、介孔和大孔的分級多孔結(jié)構(gòu)，具有高比表面積、高孔容積、窄孔分布及氮原子摻雜等特點；用作鋰離子電池負極材料時，具有高可逆容量及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。但此方法采用骨粉作為原材料，原材料受限制，且氮源加入量不可控。產(chǎn)品單一，且質(zhì)量不穩(wěn)定。

CN107919461A公開了一類氮摻雜多孔炭負極材料的制備方法與應(yīng)用（南京工業(yè)大學(xué)），它是以紫環(huán)酮類含氮稠環(huán)芳烴為炭源制備氮摻雜多孔炭的方法及其作為堿金屬離子二次電池負極或正極材料的應(yīng)用。該方法先將紫環(huán)酮類含氮共軛稠環(huán)芳烴與模版劑或活化劑混合，在一定范圍的溫度下熱分解炭化，得到氮摻雜多孔炭負極或正極材料。以大分子量的紫環(huán)酮類含氮共軛稠環(huán)芳烴作為炭源能夠減少熱處理過程中氮元素損失，有效實現(xiàn)多孔炭中高比例氮摻雜，有效增加電化學(xué)氧化還原位點。本方法還可以通過篩選炭源、熱處理炭化溫度、模版劑或活化劑的質(zhì)量比等調(diào)控多孔炭比表面積，增加電荷交換界面，有效實現(xiàn)高能存儲。該材料具有：(1)結(jié)構(gòu)豐富，紫環(huán)酮類原料廉價易得；(2)較高的能量密度、倍率功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性。此方法采用紫環(huán)酮類含氮稠環(huán)芳烴作為炭源，需要利用芳香族化工原料，不環(huán)保，原材料受限制，且制造成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種成本低廉、操作簡單、氮含量可控的基于氮摻雜生物基活性炭的制備方法，該材料可作為超級電容器以及化學(xué)電池的電極材料。

本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：一種氮摻雜生物基活性炭電極材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1.將所得生物基材料進行洗滌；

步驟2.將一定量洗滌之后的生物基材料與一定量的氮源溶液進行混合，然后烘干；

步驟3.將烘干后的材料放至管式爐中煅燒，在惰性氣體氛圍中300-1500℃煅燒0-24h，待管式爐溫度降至室溫后，將所得到的材料進行酸洗，堿洗，水洗，烘干，即得到氮摻雜生物基活性炭電極材料。

其中，在步驟1所述的生物基材料包括：荷葉桿，蓮蓬須，蓮子皮，蓮子，棕樹須，松針，紅薯，地瓜，西瓜瓤中的至少一種；

在步驟2所述的氮源包括：尿素，三聚氰胺，氨水，亞硝酸鹽中的至少一種；

在步驟2所述的氮源溶液的濃度范圍在0.1-50mol/L；

在步驟2所述生物基材料與氮源的重量比為0.1-100；