[發(fā)明專利]一種鋅離子混合電容器用氮磷雙摻雜泡沫狀碳的制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202011259784.1 | 申請(qǐng)日： | 2020-11-12 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN112374485A | 公開（公告）日： | 2021-02-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 魏風(fēng);張偉鋼;郝建秀;鄭建東 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 滁州學(xué)院 |
| 主分類號(hào)： | C01B32/05 | 分類號(hào)： | C01B32/05;H01G11/24;H01G11/34;H01G11/86 |
| 代理公司： | 蕪湖思誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34138 | 代理人： | 楊濤 |
| 地址： | 239000 安*** | 國(guó)省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 離子 混合 電容 器用 氮磷雙 摻雜 泡沫 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種鋅離子混合電容器用氮磷雙摻雜泡沫狀碳的制備方法，屬于炭材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法以桂花為碳源，磷酸二氫銨為N/P前驅(qū)體和活化劑；先將桂花溶解在磷酸二氫銨溶液中，隨后加熱冷凍干燥，然后將混合物轉(zhuǎn)移至剛玉舟中，放置于水平管式爐內(nèi)，并在氬氣氣氛下，加熱制得氮磷共摻雜泡米狀碳。所得氮磷雙摻雜泡沫狀碳的比表面積高，泡沫孔結(jié)構(gòu)均勻。本發(fā)明以桂花為碳源，磷酸二氫銨為N/P前驅(qū)體和活化劑，直接制備鋅離子混合電容器用氮磷雙摻雜泡沫狀碳，具有工藝簡(jiǎn)單、制備中不使用酸堿，作為鋅離子混合電容器正極材料時(shí)顯示了超高的容量和優(yōu)異的倍率性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于炭材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋅離子混合電容器用氮磷雙摻雜泡沫狀碳的制備方法。
背景技術(shù)
超級(jí)電容器(SC)具有寬的工作溫度范圍、優(yōu)異的環(huán)境相容性和高安全性能等優(yōu)點(diǎn)，但是低的能量密度限制了SC的應(yīng)用。此外，作為能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)裝置之一的鋰離子電池(LIB)具有高的能量密度，隨著越來越多的實(shí)際應(yīng)用，安全問題頻繁出現(xiàn)。研究者們提出，是否可以將SC與LIB的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合制備具有高能量密度、高功率密度、優(yōu)異安全性能的混合電容器(HC)。鋅離子混合電容器(ZHC)作為HC的代表之一，與堿金屬相比(如Li、Na、K)，鋅電極具有低的氧化還原電壓(-0.76V)、高的理論比電容(823mAh g-1)、廉價(jià)、高的安全性和多價(jià)態(tài)等特征。近來，已經(jīng)報(bào)道了以Zn箔為負(fù)極、多孔碳材料為正極、ZnSO4或Zn(CH3SO3)2溶液為電解液的ZHC，如：以椰殼基活性炭為正極構(gòu)建ZHC，展現(xiàn)了高的比容(170F g-1)和能量密度(52.7Wh kg-1)；通過插層導(dǎo)向熱解法制備了B/N共摻雜層狀碳陰極材料，在ZnSO4電解液中獲得了高的能量密度(97.6Wh kg-1)。
利用生物質(zhì)制備多孔炭，不僅可以減少對(duì)環(huán)境的污染，而且可以實(shí)現(xiàn)其高附加值利用。此外，生物質(zhì)具有天然的孔道結(jié)構(gòu)，將生物質(zhì)制備成多孔炭，可以為離子的輸運(yùn)和吸附提供孔道和活性位點(diǎn)，同時(shí)交叉的相互連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以為電子的傳輸提供高速通道。生物質(zhì)包括很多種，如：木材、棉花、玉米秸稈、稻殼、小麥秸稈、桂花等，而大部分生物質(zhì)多孔炭的制備過程中使用大量的強(qiáng)酸強(qiáng)堿，如何采用簡(jiǎn)單、無酸無堿的工藝去制備多孔炭顯得尤為重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：提供了一種以桂花為碳源，廉價(jià)的磷酸二氫氨為N/P前驅(qū)體和活化劑，直接制備鋅離子混合電容器用氮磷雙摻雜泡沫狀碳的方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：
一種鋅離子混合電容器用氮磷雙摻雜泡沫狀碳的制備方法，具體步驟如下：
(1)反應(yīng)物的預(yù)處理：稱取磷酸二氫銨固體溶于去離子水中，緩慢加入粉末狀的桂花，60℃密閉加熱12h，冷凍干燥后，得到反應(yīng)物；
(2)氮磷雙摻雜泡沫狀碳的制備：把步驟(1)得到的反應(yīng)物放入剛玉舟中，然后將上述剛玉舟置于管式爐內(nèi)，通入氬氣排凈管式爐內(nèi)的空氣后，繼續(xù)以氬氣為保護(hù)氣，以2℃/min的升溫速率加熱至180℃，恒溫60min；接著以5℃/min的升溫速率加熱到700℃，恒溫1h，反應(yīng)結(jié)束后自然降至室溫，將得到的產(chǎn)物取出、研磨，經(jīng)蒸餾水洗滌、干燥后得到氮磷雙摻雜泡沫狀碳。
優(yōu)選地，所述磷酸二氫銨的質(zhì)量占磷酸二氫銨和桂花兩者混合物總質(zhì)量的1/2，磷酸二氫銨與桂花的質(zhì)量比為1。
優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述桂花的質(zhì)量為3g，磷酸二氫氨的質(zhì)量為3g。
本發(fā)明獲得的有益效果：
1、以桂花為碳源，原料廉價(jià)易得，采用一步碳化、活化法直接制備得到鋅離子混合電容器用氮磷雙摻雜泡沫狀碳，工藝簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)桂花的高附加值利用；
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