[發明專利]一種復合活性炭氣凝膠及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910927335.0
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110665442B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 張力平;王天浩;張文濤;張磊;曾志農
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;H01G11/34;H01G11/44
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 陳征

本發明涉及碳材料技術領域，具體涉及一種復合活性炭氣凝膠及其制備方法與應用。該方法以纖維素漿粕和碳納米管為原料，所述纖維素漿粕和碳納米管的重量比為8～10:5。本發明采用纖維素為炭氣凝膠基體，可以實現農業廢棄物的可再生利用，減少環境污染、資源浪費等問題，并且通過摻雜碳納米管，大大提高了纖維素炭氣凝膠的電化學性能，可以廣泛應用于超級電容器領域。

技術領域

本發明涉及碳材料技術領域，具體涉及一種復合活性炭氣凝膠及其制備方法與應用。

背景技術

炭氣凝膠具有比表面積大、化學穩定性好、孔隙結構豐富、密度低等特點，并且它擁有發達的三維網絡結構，可以使電解液進入材料內部達到儲存電能的目的。這些特點使得炭氣凝膠在能量存儲、環境凈化、藥物載體等領域存在著巨大的潛力。傳統的炭氣凝膠結構復雜、價格昂貴、機械強度較差。相比之下，生物質炭氣凝膠性價比高、環保、機械性能優異。因此，生物質炭氣凝膠材料目前在超級電容器電極材料領域得到了廣泛關注。在眾多的生物質原料中，纖維素的儲量最為豐富，也是制備生物質炭氣凝膠的理想原料。但是，纖維素炭氣凝膠的導電性普遍較差，為其在超級電容器領域的應用帶來了阻礙。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決本領域存在的不足之處，本發明提出了一種復合活性炭氣凝膠及其制備方法與應用。

(二)技術方案

本發明首先提供一種復合活性炭氣凝膠的制備方法(一種纖維素/碳納米管活性炭氣凝膠的制備方法)，以纖維素漿粕和碳納米管為原料，所述纖維素漿粕和碳納米管的重量比為8～10:5。

本發明發現，在纖維素炭氣凝膠中加入導電材料后，其導電性能得到了改善。但一些導電材料加入后，雖然解決了導電問題，但難以在炭氣凝膠材料的其他方面得到兼顧。如在加入石墨烯后，存在氧化石墨烯易團聚的問題，會影響材料的分散性能。而加入碳納米管后，既增加了纖維素炭氣凝膠的比表面積與導電性，又不影響炭氣凝膠材料的其他性能，尤其在按上述比例加入碳納米管后，使導電性能和材料本身的性能得到很好地兼顧，提高了復合材料整體的電化學性能。

優選所述纖維素漿粕為竹纖維素漿粕。

相較于其他纖維，竹纖維應用在本發明技術方案中時，更有利于炭氣凝膠和柔性超級電容電極材料的機械性能。此外，竹子生長迅速，具有良好的可再生性，可持續性種植。

作為進一步優選方案，所述竹纖維素漿粕中纖維素含量不低于90％，木素含量不低于1％；

其中，所述纖維素中α-纖維素的含量不低于80％。

作為優選，在制備復合溶膠時，先將所述碳納米管與離子液體混合后形成纖維素溶劑，再將所述纖維素漿粕與所述纖維素溶劑混合；

所述離子液體中，陽離子為烷基咪唑離子、烷基季銨離子中的一種或兩種；和/或，陰離子為選自Cl^-、CH₃COO^-、CF₃COO^-、CF₃SO₃^-、BF₄^-、(CF₃SO₂)₃C^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-中的一種或多種；優選陽離子為烷基咪唑離子，陰離子為CF₃COO^-。

針對本發明所述的特定配比的原料，當按上述方法調整混料方式并進一步優化離子液體后，更有利于提升材料的均一度，進而使其電化學性能得到提升。