[發(fā)明專利]基于毛竹筍殼的生物質(zhì)碳材料的制備方法及其在無隔膜超級電容器中應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010528966.8
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111627727A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊文耀;黃昊;朱欣月;向靜;李杰;張曉宇;楊延菊
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶文理學(xué)院
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/44;H01G11/34
• 代理公司: 重慶航圖知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50247
• 代理人: 王貴君

本發(fā)明公開了基于毛竹筍殼的生物質(zhì)碳材料的制備方法及其在無隔膜超級電容器中應(yīng)用，生物質(zhì)碳材料通過選用生物質(zhì)筍殼作為碳源，通過高溫碳化和KOH活化制備出具有高性能的生物質(zhì)碳材料；制得的生物質(zhì)碳材料微觀結(jié)構(gòu)由片狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轭惙涓C狀結(jié)構(gòu)，比表面積大，作為電極材料使用具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體涉及基于毛竹筍殼的生物質(zhì)碳材料的制備方法，還涉及制得的生物質(zhì)碳材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，綠色、環(huán)保、可再生能源成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。超級電容器作為一種新型的儲(chǔ)能器件，具有大容量、高功率、壽命長、低成本、環(huán)境友好等性能，在汽車及火車制動(dòng)能量回收、遠(yuǎn)航導(dǎo)航燈、太陽能路燈等電流輸入波動(dòng)性大，對儲(chǔ)能器件壽命要求高的領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

電極材料是超級電容的核心部分，活性炭是雙電層超級電容器的主要電極材料，其性能的優(yōu)劣決定了超級電容器器件的主要性能。生物質(zhì)活性炭具有來源廣泛、可持續(xù)再生、低污染的特點(diǎn)。采用木耳、玉米秸稈心、核桃等生物質(zhì)作為前驅(qū)體制備的活性炭材料具有較好的電化學(xué)儲(chǔ)能特性。如武敬等以絲瓜絡(luò)生物質(zhì)為前驅(qū)體，以H₂O₂和NaOH對其進(jìn)行預(yù)處理，所的基碳有著分級多孔管狀結(jié)構(gòu)；再采用KOH和ZnCl₂為活化劑對基碳進(jìn)行活化所獲得的絲瓜絡(luò)基活性炭，其比表面積高達(dá)3400m²/g，在0.5A/g電流密度下比電容為178F/g。何天啟等以杏胡殼生物質(zhì)為原料，采用高溫碳化法以及表面硝酸氧化改性的方法制備了活性炭材料，其比電容達(dá)到了196F/g。

竹類在我國資源非常豐富，不管是竹類資源還是竹林面積在世界都位于前列。其竹筍殼是竹子成長后的副產(chǎn)物，其產(chǎn)量也是非常巨大。而筍殼主要由纖維素，半纖維素和木質(zhì)素組成，其化學(xué)成分與竹子相似，具有天然的多孔微觀結(jié)構(gòu)，是制備活性炭材料的優(yōu)良前驅(qū)體。因此對筍殼價(jià)值的忽略，會(huì)導(dǎo)致大量的生物資源被浪費(fèi)，所以對筍殼資源的開發(fā)不僅可以緩解這一問題，還可以為各領(lǐng)域提供新型生物質(zhì)材料。

因此，有必要對筍殼生物質(zhì)活性碳材料的儲(chǔ)能特性，期望為儲(chǔ)能用活性炭領(lǐng)域提供一種成本低廉、性能優(yōu)良的活性炭材料。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供基于毛竹筍殼的生物質(zhì)碳材料的制備方法；本發(fā)明的目的之二在于提供由所述的制備方法制得的生物質(zhì)碳材料；本發(fā)明的目的之三在于提供所述生物質(zhì)碳材料在制備電極材料中的應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1、基于毛竹筍殼的生物質(zhì)碳材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將干燥的筍殼粉碎成小于100目的材料，得筍殼粉末；

2)將步驟1)制備的筍殼粉末在氮?dú)夥諊Ｗo(hù)下進(jìn)行高溫碳化，然后加入過量的鹽酸去除雜質(zhì)，水洗至中性，獲得碳化材料；

3)將步驟2)的碳化材料加入活化劑KOH，充分研磨混合6-8h，再在800℃下、氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍中進(jìn)行活化反應(yīng)，反應(yīng)后用鹽酸浸泡，去除KOH，水洗至清洗液呈中性，過濾，干燥，得到生物質(zhì)活性炭材料。

優(yōu)選的，步驟1)中，所述干燥是將筍殼切片后，-20℃下預(yù)冷凍1-3h；再在-55℃下，真空冷凍干燥8-12h。

優(yōu)選的，步驟2)中，所述碳化為在700～1000℃下碳化。

優(yōu)選的，步驟3)中，所述碳化材料與活化劑KOH的質(zhì)量比為1:1～2。

2、由所述的制備方法制得的生物質(zhì)碳材料，所述生物質(zhì)碳材料微觀結(jié)構(gòu)為類蜂窩狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述生物質(zhì)碳材料的比表面積為1129m²/g。

3、所述生物質(zhì)碳材料在制備電極材料中的應(yīng)用。