[發(fā)明專利]一種基于毛豆腐制備活性炭的方法及其超級(jí)電容器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910161840.9
• 申請(qǐng)日: 2019-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN109941994A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董志華;王育天;李仕琦;蔣俊杰;程知群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/318
• 分類號(hào): C01B32/318;H01G11/24;H01G11/34;H01G11/44
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務(wù)所 33233
• 代理人: 陸永強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種基于毛豆腐制備活性炭的方法及其超級(jí)電容器，包括以下步驟：步驟S1，制備毛豆腐材料；步驟S2，將毛豆腐材料轉(zhuǎn)化為活性炭材料。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，利用毛豆腐制備活性炭電極，絨毛的納米結(jié)構(gòu)增大了其表面積，提高了電解液與電極的接觸面，構(gòu)成電子穿梭空間，有利于電化學(xué)反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移，因而，毛豆腐活性炭材料能表現(xiàn)出優(yōu)秀的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)鄰域，特別地涉及一種基于毛豆腐制備活性炭的方法及其超級(jí)電容器。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器是近年來備受關(guān)注的綠色化學(xué)能源，由于其超高的功率密度、長(zhǎng)周期穩(wěn)定性、成本低、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，在一些需要脈沖電源或短充電時(shí)間的應(yīng)用中作為電源使用，可以展示極好的電化學(xué)性能。電極材料是決定超級(jí)電容性能的關(guān)鍵性因素，其中報(bào)道最為廣泛的是多孔碳質(zhì)材料，主要有：多孔碳材料、活性碳纖維、碳?xì)馊苣z以及碳納米管等。不同的材料都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如多孔碳材料具有極大的比表面積和高循環(huán)壽命，但其放電容量較低。

生物質(zhì)纖維素和生物聚合物中含有豐富的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，在高溫下可以轉(zhuǎn)化為碳材料，是一種理想的碳材料前驅(qū)體。目前，將香蕉皮、樹葉、花生殼、咖啡渣等生物質(zhì)進(jìn)行炭化，從中提取的活性炭已經(jīng)被用作超級(jí)電容器的電極材料。

發(fā)明內(nèi)容

現(xiàn)存的許多材料都需要添加黏合劑才能制備成電極，但是增加了電極的阻抗，降低了導(dǎo)電性，導(dǎo)致其超級(jí)電容器的倍率性能和循環(huán)性能不好。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種基于毛豆腐制備活性炭的方法及其超級(jí)電容器，采用兩步法來制備材料，先將普通豆腐經(jīng)過發(fā)酵使其表面生長(zhǎng)出絨毛；再將毛豆腐及其絨毛轉(zhuǎn)變成活性炭，從而能提供一種制備電極的新方法，在制備過程中不需要添加黏合劑，應(yīng)用于超級(jí)電容器中。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)方案，本發(fā)明公開了一種基于毛豆腐制備活性炭的方法，包括以下步驟：

步驟S1，制備毛豆腐材料；

步驟S2，將毛豆腐材料及其絨毛轉(zhuǎn)變成活性炭材料；

其中，所述步驟S1進(jìn)一步包括以下步驟：

S10：將豆腐置于過濾過的豆腐水中浸泡3～5個(gè)小時(shí)，然后撈起平放與木框中，在豆腐上撒上一層細(xì)鹽，放置于陰涼干燥處，經(jīng)過發(fā)酵，取出得到有一層絨毛的毛豆腐；

S11：用小刀將毛豆腐上表面及生長(zhǎng)出的絨毛一起割下，得到毛豆腐薄片材料。

所述步驟S2進(jìn)一步包括以下步驟：

S20：將毛豆腐薄片材料放在冷凍干燥機(jī)中，經(jīng)過6～10小時(shí)的冷凍和24小時(shí)的真空干燥后取出，得到預(yù)處理后的毛豆腐材料；

S21：將預(yù)處理后的毛豆腐放置在陶瓷片上，置于管式爐中，在氬氣氣氛環(huán)境保護(hù)下，升溫至600℃～1200℃煅燒1～6小時(shí)后自然降溫，即可得到成品活性炭材料。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在步驟S10中，發(fā)酵時(shí)間為3～4天。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在步驟S11中，割下的毛豆腐上表面及絨毛大約為1cm。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在步驟S20中，冷凍干燥時(shí)溫度保持-55℃～-65℃。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在步驟S21中，在氬氣氣氛保護(hù)下，以5℃/min的速率加熱至800℃并保持2小時(shí)。

本發(fā)明還公開了一種超級(jí)電容器，該超級(jí)電容器的電極材料采用權(quán)利要求的毛豆腐活性炭材料。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

(2)所用的毛豆腐環(huán)保、廉價(jià)且容易制備。

(3)利用毛豆腐制備活性炭電極，整個(gè)制備過程中設(shè)備要求較低，條件簡(jiǎn)單，便于生產(chǎn)，且炭化后可以直接作為電極，不需要添加黏合劑。