[發明專利]一種基于桔類果皮生物質炭超級電容器電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010056398.6
• 申請日: 2020-01-18
• 公開（公告）號: CN111180220A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 尹德武;王舜;金輝樂
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/44;H01G11/86
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發明公開了一種基于桔類果皮生物質炭超級電容器電極材料的制備方法，本發明利用發霉后的桔類果皮制備超級電容器的電極材料。本發明具有以下優點和效果：本發明所用原材料為廢棄的桔類水果的果皮，該類水果的果皮每年的產量極大，容易獲得，且成本較低，而且發霉后仍能作為生產電極材料的原料，不用擔心儲藏問題；本發明在制備電極材料的過程中，加入了對生物質炭的活化，解決了現有技術中僅僅只用氣氛爐大量燒制，而因為氣密性等相關因素影響導致的比電容低的問題；本發明制得的電極材料在大電流密度下也能保證比電容的穩定，且該電極材料的循環穩定性很好。

技術領域

本發明涉及超級電容器的電極材料，特別涉及一種基于桔類果皮生物質炭超級電容器電極材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器(Super Capacitor)等高轉化效率和大能量密度的儲能元件得到了廣泛關注。其中，SC因具有循環壽命長、功率密度（Pd）高、無記憶效應、高充放電速率等亮點，獨占鰲頭，被視為21世紀最具發展潛力的綠色儲能器件之一，發展前景遠大，如今在儲能和電動汽車領域取得了巨大成就。阻礙SC發展的主要因素，是其相對常規電池而言，其能量密度(ED)較低。而與能量密度直接相關的便是電極材料了，因此當下對其的研究主要是集中在開發新型電極材料方面。碳材料由于具有價格便宜、電化學性質穩定和加工生產工藝簡單等特點，早已應用于SC的電極材料。

生物質炭（Biochar），由各種生物質經過加工成的一類多孔碳，具有許多獨特的優點，而且其來源豐富，制備技術簡單，成為當之無愧的熱門材料，在航空航天、化工冶金、綠色能源等領域廣泛被使用。Biochar是整個電容器的基礎，性能優異的Biochar制備的SC才能擁有更大的電容密度。制備活化Biochar的方法有很多種，通常使用酸或堿與前驅體混合后熱解；也有碳化后與KOH溶液混合烘干高溫活化的；更有使用KOH和K₂CO₃復合活化的，活化的溫度一般為300-1000℃。

桔類水果只有果肉是可食用的，而大量橘子皮被廢棄。利用廢棄的桔皮來制備Biochar，將之利用到SC的領域，但是果皮存放不易，易于腐爛發霉，將腐爛的桔類果皮制成生物質炭，制得的生物質炭作為電極材料時其電容性能良好，具有很好的經濟、環境及應用價值。

發明內容

為解決以上所述的技術問題，本發明的目的是提供一種基于桔類果皮生物質炭超級電容器電極材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種基于桔類果皮生物質炭超級電容器電極材料。該電極材料電容性能良好。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

1. 一種基于桔類果皮生物質炭超級電容器電極材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）前處理

將新鮮的桔類果皮洗凈，放置于陰涼處使其自然腐爛發霉，然后置于恒溫干燥箱中烘干；

（2）炭化

將步驟（1）中前處理后的桔類果皮置于氣氛爐中進行炭化，炭化溫度為600-1000℃，炭化時間為2-3h，加熱速率為5℃/min，炭化全程用氮氣保護，待炭化后的桔類果皮冷卻后，將其研磨粉碎得到炭粉；

（3）活化

取步驟（2）中的炭粉，將其和KOH在水中混勻，超聲1h后，在烘箱內烘制干燥，然后將其離心，得到沉淀，將沉淀一次烘干后，再將其放置于升溫至600-900℃的管式爐中保溫并二次烘干活化；

（4）提純

將步驟（3）中的活化產物冷卻至室溫，離心后洗去活化產物中的KOH，烘干得到電極材料。

上述技術方案中，步驟（3）中所述的炭粉和KOH的質量比為1:1-1:4。