[發明專利]一種超級電容器電極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010059796.3
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111196601A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 樊新;李良爍;韋煒斐;鄧酩
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/348;H01G11/34;H01G11/86
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

本發明公開了一種超級電容器電極材料及其制備方法和應用，涉及超級電容器技術領域，是以姜片為初始原料，先將其制成姜粉，然后加入活化劑氫氧化鉀、尿素充分混合，經脫水、炭化得到生物質碳材料。本發明通過高溫碳化和活化處理，制備得到了含有豐富的孔道結構和高石墨化程度的生物質炭，將上述多孔生物質碳材料作為超級電容器電極材料，制備成的對稱性水系超級電容器具有比電容量高、可逆性和導電性好的特點。此外,本發明中的姜片還可為廢棄的食物殘渣姜片,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,使用安全，易于控制及規模化。

技術領域

本發明涉及超級電容器技術領域，特別是涉及一種超級電容器電極材料及其制備方法和應用。

背景技術

化石能源的快速消耗對世界經濟和生態環境產生重大影響,隨著人們環保意識的提高，發展高效、清潔、安全的能源體系越來越受到研究者的關注。化學儲能是能源體系的研究熱點,在眾多化學儲能裝置中，超級電容器因其安全、高效、可持續的特點得到了廣泛的應用。雙電層超級電容器，工作原理主要是通過電極-電解液界面形成的雙電層儲存能量，因具有高的功率密度、快速的充放電能力以及寬的工作溫度范圍等優勢被廣泛應用；電極材料會影響電容器在某些領域中應用，在眾多電極材料中，活性炭材料因具有高的比表面積、良好的電化學特性、價格低廉等特點引起了廣泛的關注。以原料廣泛的生物質材料為碳前驅體，具有生產成本低、環境友好等特點，且制備過程無毒安全，可行性強。在對儲能材料安全性能日益苛刻的條件下，以綠色生物質碳材料為主的水系超級電容器領域受到了許多科研工作者的廣泛研究。比如：“富N活性炭電極的制備方法”(CN102360959A)專利技術，是利用富含脲醛樹脂的廢棄刨花板作為原料，在惰性氣氛下與氫氧化鉀共混后炭化，然后用磷酸進行活化，制得富含氮元素的活性炭。上述方法的缺點是：1，富含脲醛樹脂的原材料來源不廣且產量小，價格也相對較貴；2，步驟繁瑣，不利于工業化生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種超級電容器電極材料及其制備方法和應用，以解決上述現有技術中碳基電極材料比電容量低、可逆性差和導電性差、不環保以及以綠色生物質碳材料為原料的電極材料來源不廣、價格貴不利于工業化生產的問題，所制備的姜片衍生的多孔生物質炭電極材料同時具有制備過程經濟環保、導電性好和比電容高等特點。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種超級電容器電極材料，所述超級電容器電極材料是以姜粉為原料，以氫氧化鉀和尿素為活化劑制備而成。

進一步地，所述姜粉、氫氧化鉀和尿素的質量比為1:(1-2):(1-2)。

進一步地，所述姜粉由姜片經水洗、干燥、粉碎制備而得。

進一步地，所述姜片包括食物殘渣姜片。

本發明還提供一種上述超級電容器電極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將姜片用蒸餾水沖洗后，放入烘箱干燥；

(2)將干燥后的姜片粉碎，90℃條件下干燥，得到姜粉；

(3)取上述姜粉與氫氧化鉀、尿素以質量比1:(1-2):(1-2)混合，并加入蒸餾水攪拌24h，80℃條件下將混合物完全干燥；

(4)在氬氣保護性氣氛中，將干燥后的混合物在800℃下熱處理2h，自然冷卻至室溫，得到黑色產物；

(5)用HCl將產物洗至無氣泡產生，隨后用蒸餾水洗滌至中性，清洗后的樣品在60℃下真空干燥，得到目標產物多孔生物質碳。

進一步地，步驟(1)中，干燥溫度為80～100℃，干燥時間為24～48小時。

進一步地，步驟(2)中，所述姜片粉碎后的粒徑為0.15～2.0mm。

進一步地，步驟(4)中，升溫速率為4℃/min。