[發(fā)明專利]一種利用甘蔗渣制備高壓水系超級電容器電極材料的方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811489477.5 | 申請日： | 2018-12-06 |
| 公開（公告）號： | CN109659144A | 公開（公告）日： | 2019-04-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 樊新;李良爍;龐樹花;李文斌;彭嘉啟;周健良;陳瑞華;班秋麗;秦琳;覃愛苗;方東 | 申請（專利權(quán)）人： | 桂林理工大學(xué) |
| 主分類號： | H01G11/24 | 分類號： | H01G11/24;H01G11/44;H01G11/86 |
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| 地址： | 541004 廣西壯*** | 國省代碼： | 廣西;45 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 電極材料 甘蔗渣 制備 水系超級電容器 碳材料 硫酸鈉 載流子 能源短缺問題 超級電容器 電化學(xué)性能 電解液浸潤 多孔碳材料 水系電解液 原料及產(chǎn)物 超高電壓 方法選擇 高溫碳化 孔狀結(jié)構(gòu) 雙層電容 碳基材料 組裝測試 摻雜的 規(guī)?；?/a> 活化劑 無毒性 一步法 廢棄物 摻雜 廢棄 遷移 傳輸 制作 環(huán)保 | ||
本發(fā)明公開了一種利用甘蔗渣制備高壓水系超級電容器電極材料的方法。以廢棄物甘蔗渣為碳源、ZnCl2為活化劑，采用高溫碳化一步法，制備摻雜多原子的多孔碳材料。此類孔狀結(jié)構(gòu)使摻雜的碳材料具有雙層電容的特征，其本身較大的比表面積，有利于電解液浸潤和載流子在電極材料內(nèi)部傳輸和遷移，提高此碳基材料的電化學(xué)性能。本發(fā)明中，以此碳材料為電極材料進行組裝測試，得到的對稱性超級電容器，在水系電解液硫酸鈉（Na2SO4）中，低電流密度下仍能達到1.8V的超高電壓窗口。此外,本發(fā)明方法選擇了廢棄甘蔗渣為原料，不僅有利于解決能源短缺問題，還能有效的降低了電極材料成本；制作流程簡單，原料及產(chǎn)物環(huán)保，無毒性，易于控制及規(guī)?；?。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于新型能源環(huán)保材料領(lǐng)域，具體涉及一種利用甘蔗渣制備高壓水系超級電容器電極材料的方法。本方法以甘蔗渣為碳源、采用高溫炭化，制備具有超高電壓窗口的水系超級電容器電極材料的方法。本發(fā)明具有制備過程簡單，原料易取，產(chǎn)量大，所得的多孔碳材料具有雙層電容的特點，此雙層電容材料作為超級電容器材料相比于其他的儲能材料（如鉛酸電池、鋰電池、鈉電池等），兼具高能量密度和功率密度的同時，具有優(yōu)異的循環(huán)使用壽命，且較其他金屬氧化物、硫化物等電極材料危害性小、使用安全，具有更高的實用價值和可行性。
背景技術(shù)
甘蔗渣作為工業(yè)、生活廢棄物，每年產(chǎn)量巨大，甘蔗渣作為燃料直接處理產(chǎn)生大量二氧化碳、環(huán)境污染，不能充分利用資源，因此研究開發(fā)甘蔗渣作為其他工業(yè)的原/輔材料是提高其附加值和利用效率的有效途徑。所以，以甘蔗渣為生物質(zhì)基碳材料，在能源儲存上有著廣闊的發(fā)展空間，此類碳材料具有大的比表面積、好的抗腐蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)電性，能夠為電極材料提供優(yōu)異的電化學(xué)性能保障。多孔碳材料具有雙層電容特性，不僅能夠在極化電解液時為離子提供大的比表面積以儲存更多的電荷，且多空多通道下能為電解質(zhì)離子的擴散和移動提供便捷。在對儲能材料安全性能日益苛刻的條件下，以綠色生物質(zhì)碳材料為主的水系超級電容器領(lǐng)域受到了許多科研工作者的廣泛研究。譬如以氯化鋅為活化劑制備多孔碳材料在儲能材料上的應(yīng)用（Textural development ofsugar beet bagasse activated with ZnCl2.[J]. Journal of Hazardous Materials,2007, 142(1):138-143. Ma G, Yang Q, Sun K, et al. Nitrogen-doped porouscarbon derived from biomass waste for high-performance supercapacitor.[J].Bioresource Technology, 2015, 197:137-142. Wang K, Xu M, Gu Z, et al. Pyrrolemodified biomass derived hierarchical porous carbon as high performancesymmetrical supercapacitor electrodes[J]. International Journal of HydrogenEnergy, 2016, 41(30):13109-13115.）。以氫氧化鉀（KOH）、硫酸（H2SO4）等為活化劑制備多孔碳材料在對稱型儲能器件上的應(yīng)用（Wang C, Wu D, Wang H, et al. Biomass derivednitrogen-doped hierarchical porous carbon sheets for supercapacitors withhigh performance.[J]. Journal of Colloid & Interface Science, 2018, 523. AliG A M, Habeeb O A, Algarni H, et al. CaO impregnated highly porous honeycombactivated carbon from agriculture waste: symmetrical supercapacitor study[J].Journal of Materials Science, 2018:1-10.）
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